فهرست مطالب
نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب
سال هفتم شماره 2 (تابستان 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/07/16
- تعداد عناوین: 12
-
-
صفحات 2-3
-
صفحات 4-13
در نگاه ترمودینامیکی به چرخه هیدرولوژی، این چرخه از طریق فرایندهای ترمودینامیک به سوی وضعیت غیرتعادلی ترمودینامیکی و تولید حداکثر انتروپی پیش می رود. لذا امکان شناخت و توصیف آن از طریق محاسبه نرخ تولید انتروپی و اصل تولید حداکثر انتروپی (MEP) وجود دارد. بر طبق اصل MEP اگر در یک سیستم به اندازه کافی درجه آزادی وجود داشته باشد، آن سیستم وضعیت پایدار را اتخاذ خواهد کرد، بهطوری که تولید انتروپی در آن تحت محدودیت های موجود حداکثر میشود. اصل MEP میتواند به برآورد مولفهها و پارامترهای هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز بدون نیاز به شناخت تفصیلی مشخصات سیستم کمک نماید. با توجه به اهمیت این موضوع در علم مدلسازی هیدرولوژیکی و کمبود منابع فارسی در این زمینه، مطالعه حاضر با استفاده از منابع علمی معتبر چرخه هیدرولوژی را با نگاه ترمودینامیکی مورد بررسی قرار می دهد. در این مطالعه چرخه هیدرولوژی به عنوان یک سیستم ترمودینامیکی مورد توجه قرار میگیرد و نحوه محاسبه نرخ تولید انتروپی توسط هر یک از مولفه های بیلان آب ذکر میشود. همچنین، نحوه برآورد مولفه های هیدرولوژیکی با استفاده از اصل MEP در خلال یک مثال ساده بیان میشود. بهطور کلی، اصل MEP نویدی بزرگ است برای شناخت بهتر فرآیندهای هیدرولوژیکی درون سیستم زمین و توسعه مدل ها بر اساس ترمودینامیک غیرتعادلی.
کلیدواژگان: ترمودینامیک، اصل تولید حداکثر انتروپی، بهینگی، بیلان آب، وضعیت غیرتعادلی -
صفحات 14-22بیشترین مشکلات در زمینه مدیریت پسماند شهری مربوط به بخش آلی پسماندهای شهری است. در این پژوهش که بهصورت تجربی انجام شد، اثر هیدروچارهای تولیدی در دماهای 150، 190 و 230 درجه سانتیگراد بر فرایند هضم بیهوازی با نمونه بخش آلی پسماندهای شهری تهران بررسی شد. بر اثر فرآیند کربنیزاسیون گرمابی، با افزایش دما، میزان بازدهی هیدروچار کاهش یافت و در عینحال با توجه به افزایش ارزش حرارتی، میزان بازدهی انرژی در هیدورچار-190 به بیشینه حالت خود رسید. اثرگذاری هیدروچار بر میزان تولید بیوگاز متغیر بود و در هیدروچارهای 150 و 190 بهترتیب 25/23 و 03/41 درصد افزایش تولید بیوگاز مشاهده شد که ناشی از تخریب ساختار سخت بخش آلی پسماندهای شهری بود. از طرفی در هیدروچار-230، 63/30 درصد کاهش تولید بیوگاز رخ داد که ناشی از تولید محصولات بازدارنده مانند فنول و فورفورال در فرایند کربنیزاسیون گرمابی بود. با توجه به نتایج حاصل شده، بهترین شرایط بهمنظور تولید بیشینه بیوگاز در هیدروچار تولیدی در دمای 190 درجه سانتیگراد و زمان ماند 40 دقیقه بود. همچنین درصد تولید متان در این شرایط معادل 25/63 درصد بود.کلیدواژگان: کربنیزاسیون گرمابی، هضم بیهوازی، بخش آلی پسماند شهری، تولید بیوگاز، هیدروچار
-
صفحات 23-33صنعت نساجی از بزرگ ترین مصرف کنندگان آب و مواد شیمیایی است به طوری که در هر کیلوگرم محصول نساجی 100-200 لیتر آب نیاز است، بنابراین با توجه به محدودیت منابع آب در دسترس، دارا بودن بیشترین آلودگی در بین فعالیت های صنعتی و الزام به رعایت استانداردهای دفع فاضلاب در محیط ضرورت تصفیه پساب ایجاب می شود. این مطالعه به روش مروری - توصیفی با استفاده از مطالعات موجود انجام شد. در این مقاله مروری بر تالاب تصفیه شناور و کاربرد آن در تصفیه فاضلاب صنعت نساجی، عوامل کلیدی موثر در تصفیه و نقش ترکیبی گیاهان و باکتری ها به منظور راندمان حداکثری آب آلوده انجام شده است. بافت گیاه در آب و ریشه ها و ریزوم ها در رسوبات نقش عمده ای در تصفیه آلاینده دارند. بررسی نتایج مزایا و معایب روش های مختلف در تصفیه فاضلاب صنعت نساجی نشان می دهد فناوری تالاب شناور می تواند جایگزین روش های تصفیه سنتی و پرهزینه باشد. با توجه به بررسی های به عمل آمده، از گیاه نی در این فناوری به طور گسترده استفاده می شود. گیاه نی به همراه باکتری های آسینتوباکتر، سودوموناس و رودوکوکوس قادر به کاهش 92 درصدی COD، 91 درصدی BOD، 86 درصدی رنگ و 87 درصدی فلزات سنگین است.کلیدواژگان: تالاب تصفیه شناور، گیاهان، باکتری، فاضلاب صنعت نساجی، آلاینده
-
صفحات 34-41فرآیندهای تصفیه و دفع لجن در تصفیه خانه های فاضلاب بخش زیادی از هزینه های کل تصفیه را شامل می شوند. یکی از بخشهای پرهزینه تصفیه لجن، آمایش شیمیایی است. بررسی تاثیر زنجیره فرآیندی بر آمایش و قابلیت آبگیری در بهینه سازی و کاهش هزینه های بهره برداری و افزایش کیفیت لجن خروجی می تواند موثر باشد. در این مقاله تاثیر هضم هوازی لجن مازاد تصفیه خانه فاضلاب شهر یزد بهروش SBR بر قابلیت آبگیری آن مورد بررسی قرارگرفت. به این منظور نمونه لجن مازاد تصفیه خانه در آزمایشگاه در زمانهای ماند مختلف از 5/1 تا 7 روز هوادهی شد. سپس قابلیت آبگیری لجن به دو روش آزمایش مقاومت ویژه فیلتراسیون (SRF) و زمان فیلتراسیون (TTF) در دو حالت با و بدون آمایش شیمیایی با پلی آکریل آمید کاتیونی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد هوادهی لجن تا 3 روز بدون آمایش بهترین قابلیت آبگیری لجن را ایجاد می کند. برای حالت آمایش با پلیمر بعد از هوادهی بهترین نتیجه تا زمان 5/1 روز بهدست آمد که موجب شد در دوز بهینه قابلیت آبگیری لجن تا 5/4 برابر بهبود پیدا کند. در این حالت مقدار دوز پلیمر نسبت به حالت آمایش لجن هوادهی نشده کاهش 30 درصد را نشان داد. این مسیله بیانگر اثر زمان ماند هضم بر کیفیت آبگیری است که در ابتدای فرآیند، تجزیه مواد سلولی موجب بهبود آزاد شدن آب از ذرات جامد شده ولی ادامه آن بهدلیل کاهش اندازه ذرات و تبدیل به مواد کلوییدی، قابلیت آبگیری را کاهش می دهد.کلیدواژگان: هضم هوازی، آبگیری لجن، آمایش، مقاومت ویژه فیلتراسیون
-
صفحات 42-52نشست زمین برابر با مقدار جابهجایی قایم زمین در یک بازه زمانی مشخص است. افت سطح ایستابی در چاههای برداشت آب، یکی از عوامل وقوع نشست است که میتواند باعث خسارات جبران ناپذیری به سازههای سطحی و زیرسطحی بهویژه در مناطق شهری شود. در این تحقیق میزان نشست ناشی از برداشت آب از چاه پمپاژ و تعیین عوامل موثر بر آن تخمین زده میشود. به این منظور با جمع آوری اطلاعات دو چاه برداشت آب واقع در محدوده شهر کاشان، تحلیل نشست براساس روش عددی المان محدود و بهکمک نرمافزار PLAXIS2D انجام شده است. نتایج این مطالعه نشان میدهد که پمپاژ آب طی یک سال باعث افت سطح ایستابی و در نتیجه نشست زمین در حد چند سانتیمتر شده، ولی تحت شدت جریان ثابت برداشت آب از چاه، مقدار نشست در چاههای مورد مطالعه ناهمگن و متفاوت است. همچنین افزایش شدت جریان برداشت آب از چاه تا 700 مترمکعب در روز و افزایش عمق چاه برداشت تا 500 متر باعث افزایش نشست شده، ولی بعد از آن مقدار نشست ثابت باقی می ماند. لذا میتوان نتیجه گرفت که شدت جریان و عمق برداشت آب از چاه، بر میزان نشست زمین موثر بوده و باید مدیریت شود.کلیدواژگان: نشست زمین، آب زیرزمینی، روش المان محدود، شهر کاشان، نرمافزار PLAXIS
-
صفحات 53-62گیاهپالایی یکی از روشهای شوریزدایی نوین، اقتصادی و در عینحال دوستدار محیطزیست است. هدف از پژوهش حاضر بررسی میزان جذب و حذف برخی از عوامل آلاینده و مغذی موجود در آبهای شور توسط گیاه وتیور گراس (Chrysopogon zizanioides L. Roberty) است. این پژوهش در قالب یک طرح آزمایش کاملا تصادفی به شکل چند عاملی در سه سطح مختلف شوری زه آب (1، 10 و 14 دسیزیمنس بر متر) و دو سطح تراکم کشت گیاه (10 و 20 بوته وتیور) با سه تکرار انجام شد. کشت گیاه وتیور در مخازن 220 لیتری با سطح مقطع 23/0 مترمربع واقع در مزرعه آموزشی دانشگاه صنعتی اصفهان صورتگرفت. همچنین، تغییرات پارامترهای هدایت الکتریکی، کاتیونهای کلسیم، منیزیم، سدیم بههمراه عناصر مغذی نیتروژن، فسفر و پتاسیم با زمانماندهای 3، 7 و 14 روز اندازهگیری شدند. نتایج بهدست آمده حاکی از آن است که گیاه وتیور قادر است در مدت 14 روز هدایت الکتریکی زهآب را در محدوده 88/15-14 درصد و کاتیونهای سدیم، کلسیم، منیزیم، نیترات، فسفات و پتاسیم را به ترتیب در محدوده 36/14-59/5، 67/41-94/32، 14/57-51/29، 03/44-31، 54/15-51/44 و 32/56-37/24 درصد در سطوح شوری مختلف کاهش دهد. تراکمهای 10 و 20 بوته گیاه وتیور بهدلیل رشد زیاد گیاه با هم تفاوت معناداری از نظر جذب آلایندهها نشان ندادند.کلیدواژگان: شوریزدایی، وتیور گراس، کشت هیدروپونیک، مدیریت پایدار منابع آب
-
صفحات 63-68
-
صفحات 69-81
-
صفحات 86-99
-
Pages 4-13
Hydrological cycle is directed into thermodynamic non-equilibrium state and maximum entropy production through thermodynamic processes. Therefore, it is possible to understand and describe hydrological cycle through computation of entropy production rate and the maximum entropy production principle (MEP). Based on MEP, if there are sufficient degrees of freedom within a system, it will adopt a steady state at which entropy production is maximized under existing restrictions. This principle can help to estimate the hydrological components and parameters without need for detailed understanding of watershed characteristics. Due to the importance of this issue in the science of hydrological modeling and the lack of Persian resources in this field, the present study examines the hydrological cycle from a thermodynamic point of view using valid scientific sources. In this study, the hydrological cycle is considered as a thermodynamic system and the method of calculating entropy production rate by components of water balance is presented. Also, how to estimate hydrological components using the MEP principle is explained in a simple example. Overall, the MEP principle holds great promise for equipping us with a better understanding of the organization of hydrological processes within the Earth system and development of the models based on non-equilibrium thermodynamic.
Keywords: Maximum Entropy production principle, Non-equilibrium state, Optimality, Thermodynamic, Water balance -
Pages 14-22The most problems in the field of municipal waste management are related to the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). In this experimental study, the effect of hydrochars produced at 150, 190, and 230 °C on AD process was analyzed with a sample of the OFMSW of Tehran. Due to the hydrothermal carbonization process, with increasing temperature, the hydrochar yield decreased and due to the increase in thermal value, the energy yield in hydrochar-190 was maximum. The effect of hydrochars on biogas production was variable and in hydrochars-150 and 190, 23.25 and 41.3% increase in biogas production was observed, respectively. This phenomenon was due to the destruction of the hard structure of the OFMSW. On the other hand, in hydrochar-230, there was a 30.63% reduction in biogas production, which was due to the production of inhibitor products such as phenol and furfural in the hydrothermal carbonation process. According to the results, the best conditions for the maximum production of biogas in the produced hydrochar at temperature of 190 °C and a retention time of 40 minutes. Also, the percentage of methane production in this condition was 63.25%.Keywords: Hydrothermal carbonization, anaerobic digestion, Organic fraction of municipal solid waste, Biogas production, Hydrochar
-
Investigation of Floating Treatment Wetland and its Role in Wastewater Treatment of Textile IndustryPages 23-33The textile industry is one of the largest consumers of water and chemicals, so that each kilogram of textile product requires 100-200 liters of water.Therefore, due to the limited water resources available, having the most pollution among industrial activities and the need to comply with wastewater disposal standards in the environment necessitates wastewater treatment. This study was conducted by review-descriptive method using existing studies. In this article, a review of floating treatment wetland and its application in the wastewater treatment of the textile industry, the key factors affecting the treatment and the combined role of plants and bacteria for maximum purification of contaminated water are presented. Plant tissue in water, roots and rhizomes in sediments play a major role in pollutant treatment. Examining the results of the advantages and disadvantages of different methods in wastewater treatment of the textile industry shows that floating wetland technology is an alternative to traditional and expensive wastewater treatment methods. According to the researches, Phragmites australis is widely used in this technology. Phragmites australis, along with Acinetobacter, Pseudomonas and Rhodococcus, can reduce COD by 92%, BOD by 91%, dye by 86% and heavy metals by 87%.Keywords: Bacteria, Floating treatment wetland, plants, Pollutants, Textile Effluent
-
Pages 34-41Sludge treatment and disposal processes in wastewater treatment plants account for a significant portion of the total treatment costs. One of the most expensive parts of sludge treatment is chemical conditioning. Study of the effect of process chain on the conditioning and dewaterability can effectively optimize and reduce operating costs and increase the quality of effluent sludge. This paper investigates the impact of aerobic digestion of waste sludge in Yazd wastewater treatment plant by SBR method on its dewaterability. For this purpose, the waste sludge sample of the plant was aerated in the laboratory at different residence times from 1.5 to 7 days. Then the dewaterability of the sludge was measured by two methods of Specific Resistance to Filtration (SRF) and Tests of Time of Filtration (TTF) in two cases with and without chemical conditioning with cationic polyacrylamide. The results showed that sludge aeration for up to 3 days without conditioning led to the best sludge dewaterability. The best results were obtained at 1.5 days aeration for the conditioning mode with polymer, which improved the dewaterability up to 4.5 times in the optimum polymer dosage. In this case, the polymer dosage decreased by 30% compared to the non-aerated conditioned sludge. It indicates the effect of digestion retention time on dewaterability. At the beginning of the process, the decomposition of cellular material improves the release of water from solid particles. Still, its continuation reduces the dewatering capability due to reduced particle size and conversion to colloidal materials.Keywords: Aerobic Digestion, conditioning, Sludge Dewatering, Specific resistance to filtration (SRF)
-
Pages 42-52Land subsidence is defined as equal to the vertical displacement of the ground over a specified time. Declining water table elevation is one of the main causes of subsidence that can cause irreparable damage to surface and subsurface structures, especially in urban areas. In this research, the magnitude of subsidence due to water withdrawal from the pumping well has been estimated, and the factors affecting it have been determined. For this purpose, by collecting data from two water wells located in Kashan city, the subsidence analysis was performed based on the finite element numerical method using PLAXIS2D software. The results show that the water pumping during one year causes a decrease in the water table elevation and, as a result, the land subsidence by a few centimeters, but under a constant flow rate of water withdrawal from the well, the magnitude of subsidence in the studied wells is heterogeneous. Also, increasing the water withdrawal flow rate from wells up to 700 m3/day and the depth of wells up to 500 meters has increased subsidence, but after that, the amount of subsidence remains constant. Therefore, it can be concluded that the flow rate and depth of water withdrawal from the well are effective on the land subsidence and must be managed.Keywords: Finite element method (FEM), Ground water, Kashan City, Land subsidence, Plaxis Software
-
Pages 53-62Phytoremediation is one of the innovative, economical as well as eco-friendly desalination methods. The current study was aimed at investigating the amount of uptake and removal of some contaminants and nutrients from saline waters by vetiver grass (Chrysopogon zizanioides L. Roberty). This research was performed as multi-factorial in a completely randomized design including three different levels of saline effluent (1, 10 and 14 dS/m) and two planting densities (10 and 20 vetiver plants) with three replications. The vetiver grass was cultivated in 220-liter tanks with a cross-section of 0.23 square meters located in the educational farm at Isfahan University of Technology (IUT), Isfahan, Iran. Moreover, parameters changes including electrical conductivity (EC), cations (Ca, Mg and Na) as well as nutrients (N, P, and K) were measured with a residence time of 3, 7, and 14 days. The obtained results indicate that the vetiver grass can reduce EC (14-15.88%), cations (Ca (32.94-41.67%), Mg (29.51-57.14%), and Na (5.59-14.36%) as well as nutrients N (31-44.03%), P (44.15-51.54%), and K (24.37-56.32%)) from different salinity levels during 14 days. Furthermore, there is no significant difference between 10 and 20 vetiver plants in terms of uptake of contaminants due to high plant growth.Keywords: Desalination, hydroponic cultivation, Sustainable Water Resources Management, Vetiver Grass