فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 134 (امرداد و شهریور 1400)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 134 (امرداد و شهریور 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/07/04
  • تعداد عناوین: 10
|
  • پریسا احمدی برشاهی، مریم حسنی زنوزی*، محسن سعیدی صفحات 1-20
    آنتی بیوتیک ها که به طور وسیعی در سراسر جهان تولید و استفاده می شوند، در زمره آلاینده های نوظهور طبقه بندی می شوند. این ترکیبات آلی قابلیت حذف توسط بسیاری از روش های متداول تصفیه را ندارند. تخلیه مستمر فاضلاب های حاوی آنتی بیوتیک به محیط های آبی می تواند منجر به اثرات سوء طولانی مدت بر حیات آبزیان و سلامت انسان شود. ریفامپین پرمصرف ترین آنتی بیوتیک برای درمان بیماری سل است. به همین دلیل حذف آن از آب و فاضلاب اهمیت زیادی دارد. انعقاد الکتریکی یکی از روش های پیشرفته تصفیه است که به طور موثر در حذف ترکیبات پیچیده آلی از جمله داروهای شیمیایی استفاده شده است. این پژوهش با هدف بررسی جنبه های فنی- اقتصادی فرایند انعقاد الکتریکی برای حذف آنتی بیوتیک ریفامپین از محلول های آبی انجام شد. در این پژوهش تاثیر پارامترهای pH اولیه، ولتاژ، سرعت اختلاط، غلظت اولیه ریفامپین، مدت زمان فرایند، فاصله میان الکترودها و شکل و چیدمان الکترودها در داخل راکتور بر کارایی حذف ریفامپین توسط فرایند انعقاد الکتریکی و همچنین بر هزینه عملیاتی فرایند بررسی شد. فرایند انعقاد الکتریکی در یک سیستم ناپیوسته با استفاده از یک راکتور یک لیتری و محلول مصنوعی حاوی ریفامپین به انجام رسید. آزمایش ها توسط روش تک عاملی طراحی شد و از پارامتر آماری انحراف معیار نسبی برای مقایسه شدت اثرگذاری پارامترها بر فرایند و هزینه های آن استفاده شد. بر اساس نتایج به دست آمده، در شرایط بهینه شامل pH اولیه 5، فاصله الکترودها 1 سانتی متر، ولتاژ 20 ولت، سرعت اختلاط نمونه 200 دور در دقیقه، غلظت اولیه ریفامپین 10 میلی گرم در لیتر، زمان 30 دقیقه و استفاده از الکترودهای مشبک با چیدمان موازی، کارایی حذف آنتی بیوتیک ریفامپین و هزینه های عملیاتی به ترتیب 49/92 درصد و 89 دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم ریفامپین حذف شده به دست آمد. باتوجه به مقدار به دست آمده برای RSD، از میان تمام پارامترهای بررسی شده، مدت زمان فرایند، غلظت اولیه ریفامپین، ولتاژ و pH اولیه موثرترین پارامترها بر کارایی حذف ریفامپین و هزینه عملیاتی بودند. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که فرایند انعقاد الکتریکی، قابلیت زیادی برای حذف آنتی بیوتیک ریفامپین از آب دارد.
    کلیدواژگان: آنتی بیوتیک، حذف ریفامپین، انعقاد الکتریکی، بررسی فنی- اقتصادی، روش طراحی آزمایش OFAT
  • مریم وفائی، حامد نوذری*، صفر معروفی صفحات 21-39
    شکست لوله ها در شبکه های توزیع آب شهری به دلیل افزایش سن لوله ها، علاوه بر هدررفت قابل توجهی از آب شبکه، باعث زیان مالی شرکت آب و فاضلاب نیز می شود. بنابراین برای کاهش تعداد شکست لوله ها و جلوگیری از نشت، باید لوله های فرسوده را تعویض کرد. از سوی دیگر عملیات جایگزینی هزینه زیادی دارد. بنابراین تعیین زمان مناسب جایگزینی و نوسازی شبکه، برای کاهش تعداد شکست لوله های شبکه از یک سو و کاهش هزینه های تعویض از سوی دیگر، ضروری است. در این پژوهش با استفاده از روش پویای سیستم، شبکه آب رسانی شهر همدان شبیه سازی و سپس با استفاده از روش های حل تحلیلی معادله ارزش فعلی خالص و روش ترکیبی پویایی سیستم-ارزش فعلی، بهترین زمان جایگزینی لوله های شبکه، بهینه سازی شد. همچنین با استفاده از روش الگوریتم بهینه سازی پاول و به منظور بهبود توازن مالی شرکت آب و فاضلاب شهر همدان، میزان بهینه قیمت آب شرب تعیین شد. شبیه سازی به روش پویا در محیط برنامه نویسی VENSIM انجام شد و برای ارزیابی دقت روش های مذکور، از اطلاعات و داده های 5 ساله (1393 تا 1397) شرکت آب و فاضلاب شهر همدان استفاده شد. به منظور تجزیه و تحلیل آماری از شاخص های آماری ریشه میانگین مربعات خطا، خطای استاندارد و ضریب تبیین استفاده شد. بر اساس نتایج، برای متغیر منفعت به هزینه، شاخص RMSE برابر 006/0، SE برابر 010/0 و R2 برابر 991/0 محاسبه شد. خطای استاندارد متغیر منفعت به هزینه نشان داد که میزان اختلاف بین مقدار مشاهده ای و شبیه سازی شده این متغیر، کمتر از حدود یک درصد است که نشان از دقت بسیار بالای مدل دارد. طبق نتایج روش های ارایه شده در این پژوهش، زمان بهینه جایگزینی لوله ها در شبکه آب شرب شهر همدان، سال 1420 است. در نهایت، نتایج این پژوهش نشان داد که با تعیین قیمت بهینه آب شرب، می توان بیلان مالی شرکت را افزایش داد و علاوه بر جلوگیری از ضرر دهی شرکت آب و فاضلاب، با افزایش ضریب نوسازی لوله ها، سطح رفاه اجتماعی را نیز بالا برد. بنابراین می توان از روش پویایی سیستم و الگوریتم پاول برای بهینه سازی حداقل قیمت آب شرب، کاهش زیان وارده به شرکت های آب و فاضلاب و کاهش تعداد شکست لوله های آب رسانی، استفاده کرد.
    کلیدواژگان: زمان جایگزینی، ارزش فعلی، بهینه سازی، شبکه توزیع آب شرب، روش پویایی سیستم
  • بهزاد امیدی کاشانی*، امید دیمی صفحات 40-54

    کنتورهای آب، به عنوان یکی از مهم ترین اجزای شبکه توزیع آب شهری، مانند سایر تجهیزات مکانیکی، به مرور مستهلک شده و کارایی موردنظر خود را از دست می دهند. عملکرد ضعیف کنتور آب در برآورد صحیح میزان مصرف مشترکین، اثر سویی بر برنامه ریزی برای تامین منابع تولید آب داشته است و همچنین خسارت مالی وارده بر شرکت های آب و فاضلاب را در پی دارد. در این پژوهش، صحت کارکرد کنتورهای آب خانگی، شامل 2 کنتور جدید (بایلان و طلایه) و 7 کنتور کارکرده (با قدمت حدود 35 سال)، در گستره دبی آب مصرفی کولرهای آبی-تبخیری و کمتر از آن (تا محدوده‏ دبی راه‏ انداز کنتور) به طور تجربی بررسی شده است. به این منظور، هر یک از کنتورهای فوق به طور مجزا همراه با یک کنتور اولتراسونیک مبنا متعلق به شرکت آب و فاضلاب خراسان جنوبی و یک کنتور دیجیتالی توربینی متعلق به پژوهشگر بر روی میز آزمایشگاه نصب شد و به طور سری در مسیر جریان آب قرار گرفتند. سپس دبی نشان داده شده توسط هر یک از این 3 کنتور (دبی ظاهری) به طور هم زمان قرایت شد و با دبی واقعی (قابل اندازه گیری به کمک ظرف مدرج و کرونومتر) مقایسه شدند. بنابراین، خطای عملکرد کنتور در سنجش میزان صحیح آب مصرفی یا همان آب مصرفی به حساب نیامده و نیز مقدار خطای جذر میانگین مربعات در محدوده دبی آب مصرفی کولرها و کمتر از آن، قابل تعیین است. نتایج نشان داد که بهترین محدوده کاری کنتورهای خانگی بین 15 تا 22 لیتر در ساعت بوده و مقدار RMSE برای این محدوده مصرف آب، برای 2 کنتور جدید بایلان و طلایه به ترتیب برابر 7/79 و 3/61 لیتر در ساعت است. همچنین مقدار دبی راه انداز برای کنتورهای بایلان و طلایه به ترتیب 13/8 و 7/7 لیتر در ساعت اندازه گیری شد که شباهت نزدیکی با نتایج سایر پژوهشگران دارد. با تغییر دادن فشار آب شبکه به کمک یک شیر تنظیم فشار، تاثیر این پارامتر نیز بر روی صحت کارکرد کنتورها ارزیابی شد. همچنین، اثر تغییر پارامترهایی از قبیل ارتفاع، دمای خشک و رطوبت نسبی هوا بر روی مصرف آب یک کولر تبخیری با ظرفیت 7500 مترمکعب در ساعت برای 4 شهر استان خراسان جنوبی به طور تیوری بررسی شد و از طریق محاسبات سایکرومتریک مشاهده شد که بیشترین مصرف آب کولر در شرایط دمای خشک بالا و رطوبت نسبی پایین و فشار هوای بیشتر (شهر طبس) به میزان 56/39 لیتر در ساعت رخ داده است.

    کلیدواژگان: خطای کنتورها، دبی ظاهری، دبی واقعی، فشار آب، دمای خشک، رطوبت نسبی، فشار هوا
  • شیرین رضاخانی، اعظم حدادی*، محمود شوندی صفحات 55-68
    امروزه مقاومت به آنتی بیوتیک ها در باکتری ها به دلیل استفاده نادرست رو به افزایش است که این امر برای درمان بیماری ها یک تهدید به حساب می آید. فاضلاب های بیمارستانی، پتانسیل زیادی برای ورود باکتری ها و ژن های مقاوم به محیط زیست دارند. همچنین سیستم های تصفیه کنونی نیز کارایی زیادی در حذف و یا کاهش آنتی بیوتیک ها ندارند که این امر باعث افزایش باکتری ها با ژن های مقاومت به آنتی بیوتیک ها در محیط می شود. هدف از این پژوهش بررسی شیوع ژن های پلاسمیدی qnr در جدایه های انتروباکتریاسه مقاوم به کویینولون از فاضلاب های شهری و بیمارستانی شهر کرج بود. تعداد 99 جدایه انتروباکتریاسه از پساب بیمارستانی و شهری استان البرز در بهار 1398 جداسازی شدند. آزمون های بیوشیمیایی به منظور شناسایی آنها انجام شد و جدایه ها از نظر الگوی مقاومت به آنتی بیوتیک های سیپروفلوکساسین، لووفلوکساسین، افلوکساسین، نورفلوکساسین و نالیدیکسیک اسید به روش کربی بایر بررسی و جدایه هایی که بیشترین مقاومت به کویینولون ها را داشتند. برای حضور ژن های qnr A، qnr B و qnr S به روش PCR بررسی شدند. در میان ارگانیسم های کشت شده اشریشیاکلی شایع ترین ارگانیسم بود و بعد از آن اشریشیاکلی (غیر فعال) و سیتروباکتر فروندی قرار داشتند. بیشترین مقاومت در بین جدایه ها به آنتی بیوتیک نالیدیکسیک اسید مشاهده شد. بیشتر جدایه ها حاوی ژن qnr A (61 درصد) بودند. ژن های qnr B و qnr S به ترتیب در 31 درصد و 8 درصد از جدایه ها یافت شد. یک جدایه حاوی هر دو ژن qnr B و qnr A بود. بیشترین جدایه های حاوی ژن qnr A از پساب بیمارستانی و بیشترین جدایه های حاوی ژن qnr B از پساب شهری جداسازی شدند. مقاومت آنتی بیوتیکی امروزه باید به عنوان یک آلودگی زیست محیطی در نظر گرفته شود و کیفیت تصفیه فاضلاب در کاهش این عوامل باید ارزیابی شود. همچنین مصرف خودسرانه آنتی بیوتیک نیز باید متوقف شوند.
    کلیدواژگان: کوئینولون ها، ژن هایqnr، پساب بیمارستانی، مقاومت آنتی بیوتیکی
  • حسین قبنری، سید محمودرضا حجتی*، نوید عزیزی صفحات 69-81

    لزوم جداسازی استون از پساب واحدهای صنعتی مانند رنگ آمیزی، تولید جوهر، لعاب کاری سبب شد روش های گوناگونی توسط پژوهشگران پیشنهاد شود. امروزه استفاده از روش تراوش تبخیری به دلیل مصرف انرژی کم، سادگی عملیات و سازگاری با محیط زیست مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش جداسازی استون از آب به وسیله غشای نانوکامپوزیتی پلی دی متیل سیلوکسان/پباکس/تیتانیا در دستگاه تراوش تبخیری بررسی شد. برای تعیین خواص مورفولوژی، کریستالوگرافی و برهم کنش اجزا سازنده این غشا که به روش ریخته گری محلولی ساخته شده است از آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی انتقال فوریه مادون قرمز و پراش اشعه ایکس، آنالیز گرماسنجی و آزمون زاویه تماس برای تعیین خاصیت آب گریزی استفاده شد. براساس روش طراحی آزمایش اثر سه متغیر: درصد وزنی خوراک شامل 4، 8 و12درصد وزنی استون، درصد وزنی نانوذره تیتانیا شامل صفر، 75/0 و 5/19 و دمای عملیاتی شامل 27، 37 و 47 درجه سلسیوس بر مقدار جداسازی استون از آب در دستگاه تراوش تبخیری بررسی شد. نتایج آزمون های فیزیکی و شیمیایی روی غشا بیانگر توزیع مناسب نانوذره، تشکیل بافت متراکم و منسجم، تشکیل گروه های عاملی مورد انتظار و همچنین افزایش خاصیت آب گریزی در غشا را تایید می کند. بررسی طیف سنجی انتقال فوریه مادون قرمز وجود هر دو ماده پلی دی میتیل سیلوکسان و پباکس به همراه نانوذره تیتانیوم را در غشا تایید می کند و آزمایش پراش اشعه ایکس نشان می دهد در ساختار غشا دو بخش بلوری و آمورف وجود دارد. نتایج سنجش میکروسکوپ الکترونی، سطح لایه انتخابگر غشا از جنس پباکس را کاملا یکنواخت، بدون منفذ و فاقد هر نوع نقص و ترک و وجود زیرلایه به همراه نانوذره و لایه انتخابگر را در غشا نشان می دهد. نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش نانوذره ابتدا درصد جداسازی استون افزایش و سپس به دلیل انباشت و عدم پراکندگی نانوذره در ماتریس غشا مقدار درصد جداسازی استون کاهش می یابد. همچنین بررسی تاثیر غلظت استون در خوراک نشان داد رابطه مستقیمی بین درصد خوراک و درصد جداسازی استون وجود دارد. بررسی اثر دمای خوراک بر مقدار درصد جداسازی استون نشان می دهد که با افزایش دما در محدوده 27 تا 37 درجه سلسیوس مقدار درصد جداسازی استون افزایش می یابد و بیشتر از این محدوده تا دمای 47 درجه سلسیوس از تاثیر این نقش بر درصد جداسازی استون کاسته می شود. نتایج نشان می دهد بیشترین درصد جداسازی استون از آب در شرایط غشایی با درصد نانوذره 75/0، دمای خوراک 37 درجه سلسیوس و غلظت خوراک 12 درصد وزنی معادل 11/90 درصد است.

    کلیدواژگان: پلی دی میتیل سیلوکسان، پباکس، نانوذره تیتانیا، استون، تراوش تبخیری
  • بهرام فتحی*، نسرین اوحدی صفحات 82-93

    شرکت های آب و فاضلاب به عنوان ارایه دهندگان خدمات آب شرب نقش حیاتی در جامعه ایفا می کنند. بنابراین اندازه گیری کارایی این شرکت ها معیاری است که می تواند به تخصیص بهینه توزیع آب میان مشترکین کمک شایانی کند. ازاین رو این پژوهش با هدف ارزیابی کارایی شرکت های آب و فاضلاب استان مرکزی انجام شد. برای این منظور از روش تحلیل پوششی داده های فازی بازه ای استفاده شد. فرض اساسی این روش برخلاف روش سنتی تحلیل پوششی داده ها عدم قطعیت در ارتباط با نهاده ها و ستانده ها است. توجه به اینکه عدم قطعیت ها در دنیای واقعی امری اجتناب ناپذیرند بنابراین ضرورت استفاده از الگوهایی که توانایی کنترل این عدم قطعیت را دارند، به شدت احساس می شود. از این رو یک روش موفق، بهره گیری از روش تحلیل پوششی داده های فازی است. نتایج ارزیابی مربوط به 17 شرکت آب و فاضلاب در استان مرکزی نشان داد که شرکت های آب و فاضلاب "اراک"، "خمین"، "دلیجان"، "ساوه"، "کمیجان"، "مامونیه"، "محلات" و "نراق" با کسب بازه کارایی (1، 83/0) بیشترین میزان کارایی فنی را دارند که می توان گفت به طور کلی شرکت های آب و فاضلاب استان مرکزی کارایی مناسبی داشتند. علاوه بر این در بین واحدهای تحت بررسی شرکت آب و فاضلاب "غرق آباد" با کسب بازه کارایی (56/0، 46/0) کمترین میزان کارایی فنی را داشت. همچنین بر یافته های پژوهش در استفاده از کلیه نهاده ها مازاد مصرف وجود دارد. بنابراین پیشنهاد شد با کاربرد درست و بهینه نهاده های تولید و استفاده کمتر از منابع می توان مقدار کارایی را تا رسیدن به مرز کارایی ارتقا داد.

    کلیدواژگان: استان مرکزی، تحلیل پوششی داده های فازی بازه ای، داده های غیردقیق، شرکت های آب و فاضلاب
  • فاطمه فعال*، حمیدرضا غفوری، سید محمد اشرفی صفحات 94-112
    درک واقع بینانه آسیب پذیری آبخوان نسبت به پیشروی آب شور یکی از پیش نیازهای مهم مدیریت آبخوان های ساحلی است. روش GALDIT ابزار مناسبی است که علی رغم درنظر گرفتن خصوصیات کیفی، هیدروژیولوژیکی و زمین شناسی آبخوان، نقش تغذیه سطحی آبخوان را درنظر نگرفته است. محدوده مطالعاتی قم-کهک بخشی از حوضه آبریز دریاچه نمک است که در بخش خشک و بیابانی ایران مرکزی قرار گرفته است. به علت کمبود منابع آب های سطحی و زیرزمینی منطقه، بخشی از نیازهای شرب و صنعت شهر قم از آب های خارج از این محدوده مطالعاتی تامین می شود. در این پژوهش با افزودن پارامتر تغذیه سطحی آبخوان، روش GALDITR معرفی شد و آسیب پذیری آبخوان ساحلی قم به پیشروی آب شور دریاچه نمک ارزیابی شد. سپس با توجه به ویژگی های آبخوان مورد بررسی از روش تحلیل سلسله مراتبی برای بازبینی وزن پارامترهای مدل GALDITR استفاده شد. بر اساس نتایج به دست آمده، رتبه زیاد پارامتر تغذیه سطحی آبخوان در بخش وسیعی از آبخوان، منجر به افزایش وسعت ناحیه با آسیب پذیری متوسط مدل GALDITR نسبت به روش GALDIT شد. در مدل GALDITR-AHP، پارامترهای فاصله از خط ساحلی، تراز سطح آب زیرزمینی نسبت به سطح دریاچه و تاثیر آب شور پیشروی کرده به ترتیب وزن بیشتری از سایر پارامترها گرفتند. با افزایش وسعت ناحیه با آسیب پذیری کم در مدل GALDITR-AHP، آسیب پذیری آبخوان در حوالی شهر قم به پیشروی آب شور کاهش یافت. شاخص آسیب پذیری مدل هایGALDITR-AHP، GALDITR و GALDIT به ترتیب بیشترین هم بستگی را با مقدار کلر در نقاط مشاهده ای نشان دادند. نتایج پژوهش نشان داد که نواحی با آسیب پذیری زیاد و متوسط در بخش شرقی آبخوان قم با وسعت حدود 14 درصد از کل مساحت آبخوان مستعد پیشروی آب شور بوده و می توانند به عنوان محدوده گسترش آب شور برای پایش و مدیریت بهینه آبخوان ساحلی درنظر گرفته شوند.
    کلیدواژگان: پیشروی آب شور، ارزیابی آسیب پذیری، GALDIT، تغذیه سطحی آبخوان، AHP، آبخوان قم
  • قربان عسگری، رامین خوش نیت*، مهتاب نظیفی، هانا شبرندی صفحات 113-124
    یکی از مهم ترین مشکلات فرایند تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال اختلاط کامل، تولید حجم زیادی از لجن است که آمایش و مدیریت لجن تولیدی را با مشکلات زیادی مواجه می سازد. از آنجایی که حدود 60 درصد هزینه های بهره برداری از تصفیه خانه های فاضلاب مربوط به مدیریت لجن است، بنابراین هر فرایند اصلاحی که بتواند میزان لجن کمتری را تولید کند، می تواند در کاهش هزینه ها و مدیریت بهتر لجن موثر باشد. استفاده از میدان مغناطیسی برای تصفیه فاضلاب به دلیل عدم استفاده از مواد شیمیایی در سال های اخیر مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته است. در این پژوهش با استفاده از شدت میدان 19/0 تا 21/3 میلی تسلا بر روی شاخص حجمی لجن رقیق شده در مدت زمان 30 دقیقه میزان کاهش این شاخص در نمونه های مورد نسبت به نمونه های شاهد با هم مقایسه شدند. کاهش میزان این شاخص از 10 تا 100 میلی لیتر برگرم متفاوت بود. در این بازه زمانی میزان تفاوت دمایی نمونه های مورد در مقایسه با نمونه های شاهد از نظر آماری معنی دار و از 4/0 تا 20 درجه سلسیوس برآورد شد. تفاوت pH نمونه های مورد در مقایسه با نمونه های شاهد معنی دار ولی غلظت اکسیژن محلول نمونه های مورد و شاهد به عنوان متغیر دیگر موثر بر فرایند، ازنظر آماری معنی دار نبودند (05/0< p).
    کلیدواژگان: میدان های مغناطیسی، شاخص حجمی لجن رقیق شده، فاضلاب شهری
  • مرتضی الهیان، محمد رحمانی*، بهرام ناصرنژاد صفحات 125-137
    با توجه به مشکلات محیط زیستی ناشی از آلودگی منابع آبی با آلاینده های آلی، پژوهش در جهت ارایه روش های کارآمد برای حذف این آلاینده ها بسیار حایز اهمیت است. در این پژوهش استفاده از چارچوب های فلزی-آلی برای تصفیه فتوکاتالیستی پساب حاوی آلاینده آلی و عوامل موثر بر فرایند حذف آلاینده بررسی شد. با توجه به تخلخل بالا، گاف انرژی  و مقاومت حرارتی و شیمیایی مناسب، ZIF-67 انتخاب شد تا در حذف فتوکاتالیستی آلاینده های آلی از پساب استفاده شود. فتوکاتالیست ZIF-67 سنتز و شناسایی با آنالیز های XRD، FTIR، BET، ICP و UV-DRS انجام شد. به منظور بررسی عملکرد فتوکاتالیستی ZIF-67، حذف فتوکاتالیستی متیلن بلو به عنوان آلاینده آلی مدل و تاثیر پارامترهای عملیاتی شامل دوز کاتالیست، غلظت آلاینده وpH بررسی شد. به منظور بهبود عملکرد ZIF-67 اثر اضافه کردن فلز روی به ساختار بر فعالیت فتوکاتالیستی نیز بررسی شد. طبق نتایج BET، سطح ویژه کاتالیست حدود m2/g 1750 و قطر متوسط حفرات nm 59/1 است که بر اساس دسته بندی IUPAC ساختار سنتز شده در دسته میکروحفرات قرار می گیرد. با دوز کاتالیست به میزان 5/0 گرم بر لیتر حدود 68 درصد از متیلن بلو موجود در پساب با غلظت اولیه ppm 15 و زمان تابش 2 ساعت حذف شد. با اضافه کردن فلز روی و سنتز ساختار Zn/Co-ZIF علاوه بر شکل گیری بهتر کریستال ها، افزایش بازده حذف فتوکاتالیستی تا 79 درصد نیز مشاهده شد. همچنین افزایشpH از 4 به 8 و دوز کاتالیست از 1/0 گرم بر لیتر به 1 گرم بر لیتر نیز باعث رسیدن بازده فرآیند به محدوده 90 درصد شد. هر دو ساختار ZIF-67 و Zn/Co-ZIF به عنوان فتوکاتالیست با افزایش pH و در محدوده بازی pH معادل 8 تا 12 عملکرد مناسب تری داشتند. اگرچه با افزایش دوز کاتالیست بازده افزایش می یابد اما کدورت ایجاد شده در مقدار بالا می تواند تاثیر منفی بر بازده بگذارد. نتایج مربوط به آنالیز گاف انرژی نشان داد که هر دو ساختار ZIF-67 و Zn/Co-ZIF می توانند تحت تابش نور مریی فعال باشند و ممکن است بتوانند در حذف آلاینده های آب به کار روند.
    کلیدواژگان: چارچوب فلزی-آلی، سطوح متخلخل، فتوکاتالیست، آلاینده آلی، تصفیه پساب
  • هاشم امینی، علی صنایعی*، حمیدرضا طلائی، علی یوسفی صفحات 138-151
    در آستانه ورود به سال 1400 خورشیدی، از عمر تاسیس شهرداری ها، حدود یک قرن و از ایجاد قوانین برنامه ریزی توسعه و عمران و آغاز قوانین مربوط به طرح های جامع شهری بیش از نیم قرن می گذرد. هدف کلی از مجموعه این قوانین به همراه تاسیس ساختارها و سازمان هایی برای اجرای آنها، اعمال نظارت بر ایجاد و توسعه شهرها برای تامین شرایط مناسب زندگی برای شهروندان بوده است. تامل در نتایج حاصل از اجرای طرح های توسعه شهری گویای این واقعیت است که این طرح ها علی رغم صرف هزینه و انرژی زیاد در بسیاری از موارد به اهداف خود دست نمی یابند. با علم به وجود این مشکلات، سالهاست عدم هماهنگی سازمان های مرتبط با مدیریت شهری، عدم وجود شیوه های مناسب برای تهیه و اجرای طرح های شهری و نبود توان فنی و مالی لازم در ارگان های متولی به عنوان عوامل مهم موثر در ناکارآمدی طرح ها مطرح بوده است، اما همیشه اهمیت موضوع توجه به زیرساخت هایی که می تواند معادلات مدیریت و برنامه ریزی شهری را تحت شعاع قراردهد از دید پنهان مانده است و در این بین آب به عنوان اصلی ترین مایه حیات و زیربنای توسعه، اساسی ترین نقش را دارد. این پژوهش به روش گراندد تیوری ابتدا با بررسی علل و عوامل شناخته شده ناکارآمدی برنامه ریزی شهری در ایران، به تبیین ارتباط این موضوع با عوامل بحران ساز ناکارآمدی پرداخت و سپس با مشخص کردن تاثیر توجه به نقش محوری آب در حذف بخش زیادی از این عوامل، با ارایه مدلی بومی برای استفاده از مبانی طراحی شهر حساس به آب در برنامه ریزی شهری پیشنهادی برای عملیاتی و کاربردی تر کردن روش های متداول برنامه ریزی شهری ارایه کرد که در صورت به کارگیری در آینده می تواند مشکلات برنامه ریزی شهری در کشور را به صورت محسوسی کاهش داده و از بین ببرد.
    کلیدواژگان: بحران آب، شهر حساس به آب، مدل بومی، برنامه ریزی شهری، توسعه پایدار
|
  • Parisa Ahmadi Barshahi, Maryam Hassani Zonoozi *, Mohesn Saeedi Pages 1-20
    Antibiotics, which are extensively produced and used all over the world, are considered as emerging contaminants. These organic compounds cannot be efficiently removed by traditional methods applied in wastewater treatment plants. Continuous discharge of antibiotic-containing wastewaters into the aquatic environments can lead to long-term adverse effects on aquatic life and human health. Rifampin is the most widely used antibiotic for treatment of tuberculosis. For this reason, its removal from water and wastewater is of high importance. Electrocoagulation is an advanced treatment method which has been effectively applied for removal of complex organic compounds such as chemical drugs. The main aim of the present study is to investigate the techno-economic aspects of the EC process for removal of RIF antibiotic from aqueous solution. In this study, effects of different parameters including initial pH, voltage, stirring speed, initial RIF concentration, reaction time, inter-electrode distance (die), shape of electrodes and their arrangement inside the reactor were evaluated on RIF removal efficiency using the EC process and its operating costs. The EC process was induced in batch mode using a 1 L reactor and synthetic RIF containing solution. The experiments were designed by one-factor-at-a-time method and relative standard deviation was used to compare the grade of the effect of the parameters on removal efficiency and operating costs of the process. Based on the obtained results, under optimal conditions, i.e., initial pH of 5, die of 1 cm, voltage of 20 volt, stirring speed of 200 rpm, initial RIF concentration of 10 mg/l, reaction time of 30 min and hole-punched shape electrodes in horizontal arrangement, the removal efficiency and the operating costs of the process reached about 92.49% and 89 US$/kg RIF removed, respectively. According to RSD values, among all the parameters investigated, reaction time, initial RIF concentration, voltage and initial pH were distinguished as the most effective ones on both RIF removal efficiency and operating costs. Generally, results of the study showed that the EC process has a high ability for removal of RIF antibiotic from water.
    Keywords: Antibiotic, Rifampin Removal, Electrocoagulation, Techno-Economical Investigation, OFAT Experimental Design Method
  • Maryam Vafaee, Hamed Nozari *, Safar Marofi Pages 21-39
    In urban water distribution networks, as the age of the pipes increased, the rates of pipe breakage and water losses increased which causes financial losses to the water and sewerage company. Therefore, to reduce the number of breaks and leaks in pipes, worn pipes should be replaced. Replacing old pipes is an expensive and costly procedure. Thus, it may be more economical to replace the pipe at the appropriate time. In this research, the urban water supply network of Hamedan was simulated by using system dynamics approach. Then the optimal time for pipe replacement was estimated by using analytical solution of the net present value equation and the combined method of system dynamics-net present value. Also, in order to improve the financial balance of Hamadan Water and Sewerage Company, the optimal price of drinking water was determined by using the Powell optimization algorithm method. Dynamic simulation was performed in VENSIM. To test the model, the simulated data were compared with the observed data collected from the water and sewerage organization of Hamedan over the period 2014 to 2018. To statistical analysis and calculating statistical, the root mean square error, standard error and correlation coefficient (R2) were used. Base on the results, for the Benefit-Cost variable, the RMSE index was calculated to be 0.006, the SE to be 0.010 and the R2 to be 0.991. Comparison of the standard error showed that the difference between the observed and simulated values of the standard error of the Benefit-Cost variable is less than about one percent. The result indicate that the presented model has the very high accuracy. Base on the results of the study, the optimal time for pipe replacement is 2041. Finally, the results of this study show that the financial balance of the company can be increased by determining the optimal price of drinking water. However, the level of social welfare can be improved by increasing the renewal coefficient of pipes.
    Conclusion
    Therefore, the system dynamics method and Powell algorithm can be used to determine the optimal scheduling of water pipe replacement, to reduce losses to water and sewage companies and to reduce the number of failure of water supply pipes.
    Keywords: Replacement Time, Net Present Value, optimization, Drinking Water Distribution Network, System dynamics approach
  • Behzad Omidi-Kashani *, Omid Deymi Pages 40-54

    Water meters, as one of the most important components of the urban water distribution network, like other mechanical equipment, are gradually degraded and lose their desired efficiency. The poor performance of the water meter for estimating the amount of subscribers’ water consumption has a negative effect on planning for the provision of water production resources and also causes financial losses to water and wastewater companies. Therefore, in the present study, the accuracy of measurement of domestic water meters including 2 new meters (Baylan and Talayeh) and 7 used meters (about 35 years old) has been experimentally investigated in the range of water consumption rates of evaporative coolers (up to the start-up flow-rate). For this purpose, each of the above meters is separately installed on the test bench and placed in the water flow path in series with an ultrasonic test meter (owned by South Khorasan Province Water and Wastewater Company) and a digital turbine meter (owned by the project manager). Then, the flow rate shown by each of these three meters (apparent flow rate) was simultaneously read and compared with the actual flow rate (measured by a calibrated container and a stopwatch). Therefore, in the range of flow rates of evaporative coolers,  the error of meter operation in measuring the correct amount of water consumption (or unaccounted-for water) and the values of Root-Mean-Square Error can be determined. The results showed that the best operating range of domestic meters is between 15 and 22 liters per hour and RMSE values for this range of rates for the two new meters of Baylan and Talayeh are 7.79 and 3.61 liters per hour, respectively. Also, the start-up flow-rate values for Baylan and Talayeh meters were measured at 13.8 and 7.7 liters per hour, respectively, which are closely similar to the results of other researchers. In addition, by changing the network’s water pressure by means of a pressure regulating valve, the effect of this parameter on the accuracy of the meters is evaluated. Moreover, the effect of changing the parameters such as altitude, dry-bulb temperature, and relative humidity on water consumption of an evaporative cooler with a capacity of 7500 m3/h was theoretically investigated for 4 cities of South Khorasan province. Through psychrometric calculations, it was observed that the highest consumption of water cooler occurred in conditions of high dry temperature, low relative humidity, and higher air pressure (Tabas city) at the rate of 56.39 L/h.

    Keywords: Water Meter Errors, Apparent Flow-Rate, Actual Flow-Rate, Water Pressure, Dry-Bulb Temperature, Relative humidity, Air pressure
  • Shirin Rezakhani, Azam Haddadi *, Mahmoud Shavandi Pages 55-68
    In recent years, because of excessive and unregulated use of antibiotics, the threat of acquisition of antibiotic resistance by pathogens is growing. Hospitals are hotspots for antimicrobial-resistant bacteria (ARB) and will be ejected from hospitals via wastewater systems. The aim of this study was the frequency assay of qnr plasmid’s genes in quinolone resistant Entrobacteriaceae strains isolated from urban and hospital wastewaters. A total of 99 Entrobacteriaceae strains were isolated from urban and hospital wastewater in Alborz province during the spring of 2019. Bacterial strains were identified by standard microbiological and biochemical tests. The antimicrobial susceptibility test to ciprofloxain, levofloxacin, ofloxacin, norfloxacine and nalidxic acid was determined by Kirby-Bauer method and the frequency of quinolone resistance genes (qnrA, qnrB, qnrS) was investigated by PCR. Among the organisms cultured, Escherichia coli was the most common organism followed by Escherichia coli (inactive) and Citrobacter freundii. The most antibiotic resistance was observed against nalidixic acid.  Most of the isolates (61%) harboured the qnrA gene. qnrB and qnrS genes were found in 31% and 8% of isolates respectively. One isolate has both qnrA and qnrB genes. Most of the strains that contain qnrA and qnrB genes were isolated from hospital and urban wastewater respectively. Antimicrobial resistance should now be seen as an environmental pollutant and new wastewater treatment processes must be assessed for their capability in eliminating antimicrobial-resistant bacteria, especially from hospital effluents. Also, unregulated use of antibiotics should be stopped.
    Keywords: quinolones, Qnr Genes, hospital wastewater, Antibiotic Resistance
  • Hussein Ghanbari, Mahmoud Reza Hojjati *, Navid Azizi Pages 69-81

    The need to separate acetone from waste water of industrial units such as dyeing, ink production, glazing, etc. has encouraged researchers to propose various separation methods for this purpose. Among different separation techniques, the pervaporation has been considered as a promising one due to its low energy consumption, operational simplicity and environmental compatibility. In this paper, the removal of acetone from water solution using the prepared polydimethylsiloxane/PEBAX/titania nanocomposite membrane by the pervaporation method has been investigated. After the fabrication of the membranes, they were characterized by various analyses including scanning electron microscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, thermal gravimetric analysis, and contact angle to study morphology, chemical bonds changes, crystalline structure, thermal resistance, and hydrophobicity feature of the resultant membranes, respectively. Designing the experiments by Taguchi technique, the effect of three variables: feed concentration (4, 8 and 12 wt.%), titania nanoparticles content (0.0, 0.75 and 1.5 wt.%), and operating temperature (27, 37 and 47 °C) on the separation efficiency of acetone from water was surveyed. The characterization membranes’ results are indicative of a proper distribution of the nanoparticles in the membranes matrices, dense structure of the membranes, the existence of expected functional groups in the membranes, as well as the increased hydrophobicity of the membranes. The FTIR outcomes confirm the presence of PEBAX, polydimethylsiloxane, along with the titania nanoparticles in the fabricated membranes. Besides, the semi-crystalline structure of the membranes which is affirmed by the XRD analysis exhibits the existed crystalline and amorphous parts in their bodies. The SEM photos displays PEBAX-based selective layer with its defect free and dense structure, along with the polydimethylsiloxane-based support layer containing the titania nanoparticles. The obtained results of this study indicated that with raising the titania nanoparticles loading, the separation efficiency of acetone from the water solution firstly increased due to the improved hydrophobicity of the membranes resulting from the well-dispersed titania nanoparticles and then decreased because of the aggregated nanofillers. Moreover, the results exhibited that there is a direct relation between the acetone concentration in feed and the acetone separation efficiency. It was also shown that the as the operating temperature is enhanced from 27 to 37 °C, the separation efficiency increases remarkably, while it does not change significantly at the temperature more than 37 °C. The pervaporation experiments revealed the maximum acetone/water separation efficiency of 90.11% for the membrane embedded with 0.75 wt. % of the titania nanoparticles at 37 °C and 12 wt. % of feed concentration.

    Keywords: Polydimethylsiloxane, PEBAX, Titania nanoparticles, Acetone, Pervaporation
  • Bahram Fathi *, Nasrin Ohadi Pages 82-93

    Water and wastewater companies play a vital role in society as providers of drinking water services. Therefore, measuring the efficiency of these companies is an action that can help in the optimal allocation of water distribution among customers. Therefore, the present study was conducted to evaluate the efficiency of water and sewage companies in Markazi province. For this purpose, the interval fuzzy data envelopment analysis method was used. The basic premise of this method, unlike the traditional method of data envelopment analysis, is uncertainty about inputs and outputs. Given that uncertainties in the real world are inevitable, the need to use models that have the ability to control this uncertainty is strongly felt. Hence, a successful method is to use fuzzy data envelopment analysis method. The results of evaluation related to seventeen water and wastewater companies in Markazi province showed that Arak, Khomein, Delijan, Saveh, Komeijan, Mamooniyeh, Mahallat and Naragh by obtaining the efficiency range (0.83, 1),  have the highest level of technical efficiency. In addition, among the units under study, Ghargabad Water and Wastewater Company has the lowest level of technical efficiency with an efficiency range of (0.56, 0.46). There is also an excess of consumption over the research findings in the use of all inputs. Therefore, it was suggested that with the correct and optimal use of production inputs and less use of resources, the amount of efficiency can be improved to reach the efficiency frontier.

    Keywords: Markazi Province, Interval Fuzzy Data Envelopment Analysis, imprecise data, Water, wastewater companies
  • Fatemeh Faal *, Hamid Reza Ghafouri, Seyed Mohammad Ashrafi Pages 94-112
    A realistic understanding of aquifer vulnerability to seawater intrusion is one of the important prerequisites for coastal aquifer management. The GALDIT method is a proper tool that, despite considering the qualitative, hydrogeological, and geological characteristics of the aquifer, has not considered the role of aquifer surface recharge. The Qom-Kahak study area is a part of the salt lake catchment, which is located in the arid and desert part of central Iran. Due to the shortage of surface and groundwater resources in the region, some of the drinking and industrial needs of Qom city are met from water outside the study area. This study, by adding the aquifer surface recharge parameter introduces the GALDITR model to evaluate the Qom aquifer vulnerability to saltwater intrusion from the Salt Lake. Then, the analytical hierarchy process method is used to review the weight of GALDITR model parameters according to the characteristics of the studied aquifer. Based on the obtained results, the high rank of the aquifer surface recharge parameter in a large part of the aquifer led to an increase in the area of moderate vulnerability of the GALDITR model compared to the GALDIT method. In the GALDITR-AHP model, the parameters of distance from the shore, groundwater level above the lake, and the impact of seawater intrusion gained more weight than other parameters, respectively. With increasing the low vulnerability area in the GALDITR-AHP model, the aquifer vulnerability near Qom city decreased. The vulnerability index of GALDITR-AHP, GALDITR, and GALDIT models showed the highest correlation with chloride ion values at observation points, respectively. The results showed that areas with high and moderate vulnerability in the eastern part of Qom aquifer covering about 14 % of the total aquifer area are more prepared for seawater intrusion and can be considered as the expansion of seawater wedge for monitoring and optimal management of coastal aquifer.
    Keywords: Saltwater intrusion, Vulnerability Mapping, GALDIT, Aquifer Surface Recharge, AHP, Qom Aquifer
  • Ghorban Asgari, Ramin Khoshniyat *, Mahtab Nazifi, Hana Shabrandy Pages 113-124
    One of the most important problems in the process of wastewater treatment by the complete mix activated sludge method is the production of a large volume of sludge, which poses many problems in the management and conditioning of sludge. Since about 60% of the operating costs of wastewater treatment plants are related to sludge management, so any modified process that can produce less sludge can be effective in reducing costs and better sludge management. The use of magnetic fields to treat wastewater has been considered by researchers in recent years due to the lack of application of chemicals in these processes. This study considered the use of MFs strength in the range of 0.19 to 3.21 mT on diluted sludge volume index for 30 minutes. The rate of reduction of this index in the case samples compared to the control samples from 10 to 100 mL/g was different. During this period, the difference between the temperatures of the case samples compared to the control samples was statistically significant and was estimated from 0.4 to 20 °C. The difference between mean pH of the case and control samples was significant but the dissolved oxygen concentration of them, similar to other variables’ factors that affect the process, was not statistically significant (p> 0.05).
    Keywords: Magnetic Fields, Diluted Sludge Volume Index, Municipal wastewater
  • Morteza Elahian, Mohammad Rahmani *, Bahram Nasernejad Pages 125-137
    Due to environmental issues caused by pollution of water resources with organic pollutants, research to provide effective methods for removing these pollutants has received considerable attention. In the present work, the application of Metal Organic Frameworks for the photocatalytic treatment of wastewater containing organic pollutants was studied. Due to the high porosity, suitable band gap, good thermal and chemical stability, ZIF-67 was selected for photocatalytic removal of organic pollutants from wastewater. The ZIF-67 photocatalyst was synthesized and characterized by XRD, FTIR, BET, ICP and UV-DRS techniques. To study the photocatalytic activity of ZIF-67, degradation of methylene blue as an organic model compound has been performed and the effects of catalyst loading, dye concentration and pH on MB removal were studied. Also, the effect of zinc addition to ZIF-67 strucure on the performance of photocatalytic activity was studied. According to the BET results, the specific surface area of catalyst was measured about 1750 m2/g which indicates the high porous structure of ZIF-67. A catalyst loading of 0.5 g/L resulted in 68% removal of MB with initial concentration of 15 ppm after 2 hours of exposure. By addition of zinc to the structure, Zn/Co-ZIF was synthesized and not only showed better crystallization, but also photocatalytic activity increased to 79%. Also, increasing pH and catalyst loading resulted in higher removal efficiency. Both ZIF-67 and Zn/Co-ZIF structures exhibited higher activity in the basic environment (pH 8-12). Although increasing catalyst loading increases removal efficiency, it entails the increase of turbidity which could affect the removal efficiency inversely for higher values. Band gap measurements by UV-DRS analysis indicated that both ZIF-67 and Zn/ZIF-67 can be active under visible light irradiation, and hence may be applicable for degradation of organic pollutant in wastewater.
    Keywords: Metal Organic Frameworks, Porous materials, photocatalyst, Organic pollutant, Wastewater Treatment
  • Hashem Amini, Ali Sanayei *, Hamidreza Talaei, Ali Yusefi Pages 138-151
    On the eve of the year 2021, about a century has passed since the establishment of municipalities, and more than half a century has passed since the establishment of development planning laws and the beginning of the implementation of urban planning projects. The purpose of creating these laws and establishing structures and organizations to implement them was to monitor the creation and development of cities to provide suitable conditions for citizens in life. The results of the implementation of urban development projects show that these projects, despite spending a lot of money and energy, in many cases do not achieve their goals. Despite these problems, for many years, the lack of coordination of organizations related to urban management, the lack of appropriate methods for preparing and implementing urban plans and the lack of technical and financial capacity in the organs have been raised as important issues in project inefficiency. But the importance of not paying attention to the infrastructure that can affect urban management and planning has been overlooked and among all the factors, water has the most fundamental role as the main source of life and the basis of development. This grounded theory method first examines the causes and known factors of inefficiency of urban planning in Iran, explains the relationship between this issue and the critical factors of inefficiency and then identifies the effect of paying attention to the pivotal role of water in eliminating many of these factors , By presenting a local model for using the basics of water-sensitive city design in urban planning, offers a proposal for operationalizing and making more practical the methods of urban planning, which, if used in the future, can solve the problems of urban planning in the country. Sensibly reduce and eliminate.
    Keywords: water crisis, Water Sensitive City, Localized Model, Urban planning, sustainable development