فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 144 (فروردین و اردیبهشت 1402)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 144 (فروردین و اردیبهشت 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/03
  • تعداد عناوین: 10
|
  • نیما نظامی، مصطفی تیزقدم غازانی*، مهدی ضرغامی، مریم عباسی صفحات 1-24

    استفاده از دیدگاه سیستماتیک برای مقابله با مشکلات اجتماعی و محیط زیستی در سال های اخیر افزایش یافته است. اخیرا مدل های زیادی برای رسیدگی به مسایل آب شهری توسعه داده شده است. بیشتر آنها بر روی رواناب ها و مدیریت آبهای سطحی متمرکز هستند و تعداد کمی به مشکلات سیستم آب رسانی پرداخته اند. با این وجود، کمبود یک مدل موثر که به دلیل پیچیدگی و اهداف متعدد سیستم آب شهری در بعد مدیریتی و تصمیم سازی از آن پشتیبانی کند، احساس می شود. در این پژوهش، ابتدا مشکلات رویکرد متداول مدیریت آب شهری بررسی شد و سپس ویژگی های رویکرد مدیریت پایدار آب شهری برای پاسخ گویی به نیازهای موجود بررسی شد که نتایج آن لزوم تغییر نگرش با توجه به وضعیت فعلی منابع آب را پررنگ تر می کند. به این منظور مدلی بر پایه پویایی های سیستم با در نظر گرفتن زیرسیستم های فنی، اقتصادی، اجتماعی، محیط زیستی و حاکمیتی توسعه داده شد که نتایج اقدامات مدیریت آب شهری را شبیه سازی و پیش بینی می کند. مدل پویایی های سیستم پیشنهادی با استفاده از نرم افزار Vensim توسعه داده شده و در بازه زمانی بین سال های 1390 تا 1398 برای شهر اصفهان اجرا شد. مدل پایه توسعه داده شده قابلیت دریافت و پیاده سازی سناریوهای مدیریتی را دارد و می تواند آنها را پیش بینی و مدل سازی کند. همچنین در نهایت، شاخص UWSI برای ارزیابی پایداری سناریوها در مدل در نظر گرفته شد. نتایج پیاده سازی مدل پیشنهادی بر روی شهر اصفهان نشان داد که مدل دقت زیادی در شبیه سازی وضعیت سیستم دارد و درصد خطای آن در شبیه سازی حجم آب مصرفی، هزینه تولید آب، قیمت آب و درآمد سالانه حاصل از فروش آب به ترتیب حدود 2/3، 2، 3/3 و 5/4 درصد بود. همچنین میزان شبیه سازی شده آب بدون درآمد و هزینه سالانه کارکنان این بخش ها نیز به ترتیب 6/3 و 4/1 از مقدار واقعی انحراف داشت. به این ترتیب مدل پیشنهادی می تواند به عنوان ابزاری برای تحلیل و بررسی استراتژی های مدیریتی مختلف به کمک تصمیم گیران آمده و قبل از اجرای تصمیمات مختلف و صرف زمان و هزینه اثرات آن را بررسی و مناسب ترین استراتژی را انتخاب کنند.

    کلیدواژگان: مدیریت آب شهری، مدل سازی پویا، سیستم پشتیبان تصمیم گیری، VENSIM، اصفهان
  • سجاد افتخاری، شهناز قاسمی*، مزدک هاشم پور، ایوب ترکیان، محمد میرزایی، سید مهدی برقعی صفحات 25-48

    در این پژوهش، قابلیت فلز تیتانیم بدون پوشش به عنوان آند در سامانه تصفیه الکتروشیمیایی پساب، با استفاده از نمونه موردی پساب صنعت نساجی، با هدف بهره مندی هم زمان از فرایندهای تصفیه ای الکترواکسیداسیون و الکتروانعقاد بررسی شد. در این پژوهش، امکان سنجی استفاده از آند تیتانیم بدون پوشش در یک سامانه پیش پایلوت تصفیه الکتروشیمیایی انجام شد که بدنه ای پلیمری و منبع تغذیه ای با توان اسمی W150 داشت و تحت رژیم الکتریکی گالوانواستاتیک و رژیم فرایندی تصفیه چرخشی بهره برداری شد و با تمرکز بر دانسیته جریان به عنوان پارامتر مطالعاتی محوری، جنبه های الکتروشیمیایی، محیط زیستی و اقتصادی تصفیه، با اتکا به شاخص های درصد حذف آلاینده و میزان انرژی مصرفی ویژه، بررسی شد. مسیله حایز اهمیت در یافته های این پژوهش، انعطاف این سامانه در تلفیق مکانیسم های الکترواکسیداسیون و الکتروانعقاد بود که در کنار قابلیت کنترل به وسیله پارامتر دانسیته جریان، باعث قدرت تصفیه زیادی شد، به شکلی که حذف اکسیژن خواهی شیمیایی از فازهای مایع و جامد در محدوده 75 تا 80 درصد در محیط خنثی و 90 تا 95 درصد در محیط اسیدی، امکان پذیر شد. در دانسیته جریان های بسیار پایین (μA/cm2100<)، میزان خوردگی ناچیز بود و فرایند غالب تصفیه الکتروشیمیایی، الکترواکسیداسیون تشخیص داده شد. در دانسیته جریان های بالا (μA/cm2100>)، نرخ خوردگی افزایش یافته و الکتروانعقاد به فرایند غالب تصفیه الکتروشیمیایی تبدیل شد. در کنار توان نهایی تصفیه، مقرون به صرفه بودن کارکرد سامانه از منظر انرژی، مسیله مهم دیگری از دیدگاه صنعتی بود که در محیط های خنثی و اسیدی بررسی و مشخص شد که در دانسیته جریان μA/cm2600 بیشینه می شود، به شکلی که هر دو معیار انرژی مصرفی ویژه و انرژی مصرفی ویژه نرخی به مقدار کمینه خود، به ترتیب kWh/kgCOD 9/8 و kWh/kgCOD/h  52/3 در محیط خنثی وkWh/kgCOD 10 وkWh/kgCOD/h  34/2 در محیط اسیدی رسیدند.

    کلیدواژگان: فرایندهای اکسایش پیشرفته، حذف اکسیژن خواهی شیمیایی، الکترواکسیداسیون، الکتروانعقاد، تیتانیم، خوردگی
  • نیکی سلیمانی امیری، سینا ابراهیمی، مهدی عمادی، عزیر عابسی*، مجید پیروی صفحات 49-65

    از مهم ترین مشکلات محیط زیستی در محل های دپو و دفن زباله های شهری در ایران، تولید شیرابه و مدیریت آن است. شیرابه حاوی انواع ترکیبات سمی، فلزات سنگین و آلاینده های آلی و میکربی بوده و عدم کنترل و ورود آن به آبهای سطحی و زیرزمینی و خاک، می تواند خطرات زیادی برای سلامت انسان و اکوسیستم های طبیعی به همراه داشته باشد. در استان مازندران طی دهه های گذشته دپو و دفن غیربهداشتی زباله در عرصه های طبیعی، باعث زوال آسیب پذیر منطقه شده و این موضوع مشکلات بهداشتی، اجتماعی و امنیتی بسیاری را به دنبال داشته است. باتوجه به بارش فراوان باران و برف در منطقه و عدم پوشش مناسب مراکز دپو زباله، این مراکز به منابع بزرگ تولید شیرابه تبدیل شده اند. به منظور کاهش پیامدهای محیط زیستی مراکز امحای زباله، در سال های اخیر فعالیت های زیادی نیز برای توسعه سیستم های جمع آوری شیرابه و تصفیه آن انجام شده که بر اساس برآوردهای کلی از حجم شیرابه تولیدی استوار بوده است. در نتیجه، نیاز به یک مدل مشخص برای محاسبه میزان شیرابه تولیدی بیش از هر زمانی احساس می شود. هدف از این پژوهش، ارایه یک مدل کامپیوتری محاسب برای برآورد شیرابه تولیدی بر اساس مشخصات اقلیمی منطقه و کمیت و کیفیت زباله تولیدی در هر شهر بود. این مدل متفاوت از مدل HELP که برای محل دفن های مهندسی ارایه شده، برای شرایط مراکز امحای زباله در استان مازندران که ترکیبی از دپوی زباله در فضای آزاد و پوشش زباله با خاک محلی است، توسعه داده شده است. در این پژوهش از روش های هیدرولوژیکی مبتنی بر موازنه جرمی آب در محل برای برآورد حجم شیرابه تولیدی استفاده شد. در این پژوهش به عنوان نمونه، میزان شیرابه تولیدی برای مرکز دفن زباله های شهر بابل واقع در منطقه انجیلسی برآورد شد. با توجه به اطلاعات در دسترس، کمترین و بیشترین میزان شیرابه تولیدی به ترتیب برای ماه های گرم و خشک سال (خرداد و تیر) در حدود 39/63 مترمکعب در روز و برای ماه های مرطوب و بارانی (مهر) به میزان 07/260 مترمکعب در روز برآورد شد.

    کلیدواژگان: محل دفن، دپو، شیرابه، مدل محاسب، زباله های شهری
  • نفیسه پناهی اوصالو، لعبت تقوی*، امیرحسام حسنی، محسن دهقانی صفحات 66-77

    پساب های واحدهای پلیمری به دلیل استفاده از اسید سولفوریک برای لخته سازی، ماهیت اسیدی داشته و حاوی مقدار زیادی یون سولفات هستند. در صنعت از روش های فیزیکی، شیمیایی و زیستی برای تصفیه پساب های اسیدی استفاده می شود. هدف اصلی این پژوهش، امکان سنجی تصفیه بیولوژیکی غیرهوازی یون های سولفات از پساب های صنعتی با استفاده از باکتری های احیاکننده سولفات بود. روش این پژوهش کمی بود و تحلیل داده با استفاده از روش های آمار استنباطی انجام شد. قلمرو زمانی این پژوهش در طول سال های 1397 تا 1399 بود. متغیرهای اصلی پژوهش شامل دما، pH اولیه و ثانویه پساب و جمعیت میکروارگانیسم بود. آزمایش ها در دو سطح دمایی 25 و 60 درجه سلسیوس و دو pH مختلف 5/7 و5/8 انجام شد. چهار سری آزمایش برحسب دما و pH طراحی و انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد با افزایش دمای محلول از 25 به 60 درجه سلسیوس در غلظت اولیه 50 میلی گرم در لیتر یون سولفات و pH معادل 5/7، میکروارگانیسم های غیرهوازی احیاکننده یون های سولفات معادل 6/17 درصد از خود نشان دادند. همچنین کارایی میکروارگانیسم ها در غلظت اولیه 50 میلی گرم در لیتر یون سولفات، حداقل 3/45 درصد و حداکثر 9/49 درصد بود. مقایسه نتایج آزمایشات در دو pH مختلف 5/7 و 5/8 حاکی از آن بود که در دمای یکسان 25 و 65 درجه سلسیوس، با افزایش pH، عملکرد میکروارگانیسم ها به میزان 4/16 درصد بهبود یافت. میزان کارایی تصفیه پساب با افزایش یک واحد pH به میزان 6/19 درصد افزایش یافت. نتایج این پژوهش نشان داد هم بستگی دما و غلظت یون سولفات از معادله درجه اول (خطی) تبعیت می کند. همچنین pH قلیایی ضعیف، شرایط محیطی مناسبی برای حذف یون های معدنی پساب ها فراهم می کند و هم بستگی افزایش pH محلول و کاهش غلظت یون سولفات از نوع معادله درجه دوم بوده است. این پژوهش نشان داد که دما و pH دو عامل اصلی و تاثیرگذار در فرایند تصفیه بیولوژیکی غیرهوازی یون های سولفات در پساب های صنعتی به شمار آمده و کنترل این دو پارامتر، نقش موثری در بهینه سازی فرایند تصفیه خواهد داشت.

    کلیدواژگان: تصفیه زیستی، تصفیه غیرهوازی، باکتری های احیاکننده سولفات، پساب اسیدی، پساب صنعتی
  • آرزو مرادی، عبدالرضا نکوئی*، محمد قلی پور صفحات 78-95

    شرکت پتروشیمی زاگرس که یکی از بزرگترین شرکت های تولید متانول کشور است، در پساب خود با مشکل زیاد بودن مقدار کدورت و آلاینده های سولفات و آمونیاک مواجه بوده، بنابراین برای استفاده مجدد در تولید بخار در واحد متانول و همچنین برای رساندن مقدار آلاینده ها به استانداردهای محیط زیستی لازم، نیازمند تصفیه موثر است. هدف از این پژوهش، بررسی فرایند انعقاد و لخته سازی و مقایسه کارایی شش منعقدکننده ی مختلف شامل سولفات آلومینیم (آلوم)، سولفات آهن (II)، کلروفریک، پلی آلومینیم کلراید و دو نوع پلی الکترولیت کاتیونی و آنیونی در کاهش هم زمان مقدار کدورت، سولفات و آمونیاک موجود در پساب این شرکت بود. طی این آزمایش ها اثر پارامترهای pH پساب و غلظت مواد منعقدکننده بر روی بازدهی کاهش کدورت و آلاینده های مذکور بررسی شد. طبق نتایج و با توجه به زمان لخته سازی طولانی و نیز تشکیل ذرات معلق اندک، بسیار ریز و غیرقابل ته نشینی سریع، منعقدکننده های آلوم، کلروفریک و سولفات آهن (II) تاثیر چندان به سزایی بر روی حذف کدورت از نمونه پساب مورد آزمایش ندارند. این در حالی است که منعقدکننده های پلی آلومینیم کلراید و پلی الکترولیت های کاتیونی و آنیونی با غلظت های کم به خوبی موثر بوده و در ترکیب با آهک می توانند قسمت قابل توجهی از کدورت (حدود 99 درصد) و آمونیاک (حدود 60 درصد) را از پساب مورد بررسی حذف کنند. همچنین بیشترین میزان کاهش سولفات (حدود 45 درصد) مربوط به منعقدکننده ی آلوم است. در نهایت با در نظرگرفتن هزینه ها و قابلیت دسترسی و سازگاری با پکیج تصفیه پساب، منعقدکننده پلی آلومینیم کلراید در غلظت 5 میلی گرم در لیتر در ترکیب با آهک و در pH برابر 12 برای تصفیه پساب صنعتی شرکت پتروشیمی زاگرس پیشنهاد و مشکلات بیان شده کاملا مرتفع شدند.

    کلیدواژگان: تصفیه پساب پتروشیمی، لخته سازی، آلوم، کلروفریک، پلی آلومینیم کلراید، پلی الکترولیت
  • مریم مختاری، احمدرضا اخوان صراف* صفحات 96-109

    هدر رفت آب شرب از شبکه توزیع آب، یکی از مشکلات شرکت‎های آب و فاضلاب در کشورهای مختلف است که بخش قابل توجهی از سود‎آوری این شرکت‎ها را کاهش می ‏دهد. بنابراین در این پژوهش، استراتژ ی‎ها و معیارهای ارزیابی آنها برای مدیریت هدر رفت شبکه های توزیع آب شناسایی شد، سپس استراتژی‎ها و معیارهای فوق اولویت‏بندی شد و موثرترین استراتژی ها انتخاب شدند. این پژوهش از نوع کاربردی بود و جمع ‎آوری داده ‎ها از طریق پرسش‎نامه محقق‎ شد و به روش گلوله برفی بر اساس نظرات 10 نفر از خبرگان شاغل در شرکت آب و فاضلاب استان اصفهان انجام شد. چهار استراتژی مدیریت هدر رفت شبکه توزیع آب که در فرم پرسش نامه ارزیابی شدند، بر اساس تعریف کمیته هدر رفت انجمن جهانی آب، انجمن امور آب آمریکا و نظام نامه کمیته آب بدون درآمد معاونت راهبری و نظارت بر بهره برداری شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور در سال 1399 انتخاب شدند. جمع‎ آوری و تحلیل داده‎ها به ترتیب با ماتریس مقایسات زوجی و تحلیل سلسله مراتبی توسط نرم ‎افزار برگزیده خبره انجام شد. نرخ ناسازگاری پاسخ های ارایه شده در پرسش نامه ها 02/0 بوده و بر این اساس، استراتژی کاهش فشار شبکه با وزن 400/0 به عنوان موثرترین و شاخص‎ترین استراتژی در مدیریت هدر رفت شبکه توزیع آب شهر اصفهان تعیین شد. سه استراتژی نشت یابی فعال با وزن 259/0، بازسازی شبکه با وزن 175/0 و سرعت و کیفیت حوادث با وزن 167/0 به ترتیب در رتبه های بعدی اولویت بندی شدند. همچنین معیار تامین نیازهای مالی با وزن 463/0 در رتبه نخست، معیار تامین تجهیزات فنی با وزن 289/0 در رتبه دوم، معیار به روزرسانی آموزش با وزن 146/0 در رتبه سوم و معیار تامین بسترهای قانونی با وزن 102/0 در رتبه چهارم اولویت بندی شدند. با افزایش سهم لوله‎ گذاری حلقوی در شبکه توزیع و احداث مخازن ذخیره آب در ارتفاعات شمال غربی شهر اصفهان می توان استراتژی کاهش فشار شبکه توزیع آب را در مناطق مسطح شهر اصفهان به نحو مطلوب اجرا کرد و هدر رفت شبکه توزیع آب شهر اصفهان را به کمترین حجم ممکن کاهش داد.

    کلیدواژگان: هدر رفت آب، تصمیم گیری چند معیاره، شبکه توزیع آب، هدر رفت ظاهری، هدر رفت واقعی
  • سهیل صفری*، محمد مسافری، سامان جوادی پیر بازاری، مهدی ضرغامی، مهدی جهانگیری صفحات 110-123

    شبکه آب رسانی یکی از مهمترین زیر ساخت های جوامع بشری است که در صورت وقوع آلودگی به دلیل گستردگی می تواند موجب بیماری یا مرگ بسیاری از مصرف کنندگان شود. آلودگی آب یکی از مسیرهای انتشار آلاینده های بیولوژیکی در بین جمعیت است که امروزه به عنوان بیوتروریسم از آن یاد می شود. آلودگی های بیولوژیکی معمولا با استفاده از پاتوژن ها و بیوتوکسین ها رخ می دهد. از این رو شناخت مراحل آسیب پذیر شبکه آب رسانی در مقابل آلاینده های مختلف اهمیت ویژه ای دارد. در این پژوهش، در مرحله اول پنج پاتوژن (باسیلوس آنتراسیس، کریپتوسپوریدیوزیس، فرانسیسلا تولارنسیس، ویبریو کلرا، شیگلا) که قابلیت بیشتری در ایجاد آلودگی منابع آب دارند، انتخاب و با هر یک از اجزا سامانه آب رسانی (مشتمل بر منبع آب خام (سد)، مخزن ذخیره آب خام، تصفیه خانه آب، خط انتقال آب تصفیه شده، مخازن آب تصفیه شده و شبکه توزیع) 30 سناریو تعریف شد. در مرحله بعد با استفاده از تصمیم گیری چند معیاره گروهی و با بهره گیری از سه معیار اصلی (میزان آسیب پذیری هر یک از مراحل آب رسانی، میزان قدرت آسیب رسانی آلاینده، میزان ایجاد خطر آلاینده در هر یک از مراحل آب رسانی) و زیر معیار آنها و با استفاده از نرم افزار GFDM وزن هر معیار از دیدگاه تصمیم گیران مشخص شد و پس از تحلیل سناریوها، میزان خطر هر یک از سناریوها رتبه بندی شد که سناریو 26 رتبه اول در ایجاد خطر را کسب کرد که متشکل از وارد کردن پاتوژن باسیلوس آنتراسیس به شبکه توزیع بود. ورود آلودگی به شبکه توزیع به دلیل دسترسی زیاد و نبود مراحل تصفیه بعدی و همچنین فرصت کم برای جلوگیری از رسیدن آلاینده به مصرف کنندگان می تواند موجب بیماری و مرگ بسیاری از مصرف کنندگان شود، از طرفی پاتوژن باسیلوس آنتراسیس در مقابل کلر مقاومت زیادی داشته و در آب پایدار است، از این رو ورود این آلاینده به شبکه توزیع می تواند بسیار خطرناک باشد. با در نظر گرفتن شرایط موجود شناخت و محاسبه میزان خطر سناریوهای مختلف می تواند موجب آمادگی و افزایش سرعت عمل در واکنش با حملات بیولوژیک احتمالی شود.

    کلیدواژگان: شبکه آب رسانی، حملات بیولوژیکی، تصمیم‎گیری چند معیاره، پدافند غیرعامل
  • سعید کاظم پور، فرید معین پور* صفحات 124-137

    با توجه به خصوصیات سمیت و آلایندگی جدی محیط زیست توسط فلز سنگین سرب، لازم است از ورود این فلز سنگین از طریق پساب های صنعتی به منابع آبی و محیط زیست جلوگیری به عمل آید تا سلامت انسان و اکوسیستم ها حفظ شود. بنابراین این پژوهش، با هدف مدیریت حذف سرب از محلول های آبی با استفاده از نانوکامپوزیت های نیکل اکسید تثبیت شده بر گرافن انجام شد. برای تعیین فاکتورهای موثر بر فرایند حذف پارامترهایی مانند مدت زمان تماس (3، 5، 10، 15، 20 و 30 دقیقه)، دوز جاذب (01/0، 02/0، 05/0 و 1/0 گرم)، غلظت اولیه سرب (II) (5، 10، 20، 50، 100، 200، 300، 800 و 1000 میلی گرم در لیتر)، pH (2، 4، 5، 6 و7) و دما (25، 40 و 55 درجه سلسیوس) بررسی شد. بر اساس نتایج به دست آمده میزان حذف سرب توسط نانوکامپوزیت نیکل اکسید تثبیت شده بر گرافن تحت شرایط بهینه با مدت زمان تماس برابر 20 دقیقه، دوز جاذب 05/0 گرم، غلظت اولیه ppm 5 و دمای 55 درجه سلسیوس بیشترین حذف را نشان می دهد. همچنین داده های تجربی ایزوترم های لانگمیر, فروندلیچ و دوبینین _ رادشکوویچ برای فرایند جذب سطحی انجام شد و نتیجه گیری به دست آمده از فرایند جذب بیشترین تطابق را با مدل لانگمیر با ظرفیت جذبی بیشینهmg/g  2000 نشان داد. همچنین این پژوهش نشان داد که جذب سرب از نوع واکنش های گرماگیر است. نانوکامپوزیت مغناطیسی گرافن/NiO ساخته شده به این طریق، واجد منافذ فراوان و مساحت ویژه زیاد (m2/g 5/196) است که آن را به جاذب ایده آلی برای حذف یون سرب(II) از محلول آبی تبدیل می کند. حداکثر ظرفیت جذب به دست آمده از جاذب مذکور mg/g2000 به دست آمد که نسبت به دیگر جاذب های معمول، مقدار بسیار بیشتری است. از مزایای این روش، می توان به ظرفیت جذب بسیار زیاد، سادگی جداسازی جاذب از محلول و مدت زمان سریع تعادل جذب (تا20 دقیقه) اشاره کرد.

    کلیدواژگان: سرب(II)، جذب سطحی، نانوکامپوزیت، نیکل اکسید تثبیت شده بر گرافن، محلول های آبی
  • شهرام نیازی* صفحات 138-151

    امروزه که چالش کمبود منابع آب، به یک بحران جدی در بسیاری از مناطق جهان به ویژه کشورمان ایران تبدیل شده است، اهمیت کاهش هر چه بیشتر دور ریز آب بیش از پیش احساس می شود. سیستم های اسمز معکوس پیوسته به عنوان پرکاربردترین فرایند نمک زدایی از آب، بخش قابل توجهی از آب خام ورودی را به صورت تلخاب بسیار شور هدر می دهند. پارامترهای هیدرولیکی و رسوب گذاری نمک ها بر روی غشا ها، مهم ترین عوامل محدودکننده درصد بازیابی در سیستم های RO هستند. تکنولوژی RO مدار بسته با تغییر فرایند پیوسته ROهای متداول به فرایندی نیمه پیوسته و چرخه ای، محدودیت های درصد بازیابی این سیستم ها را کاهش داده و می تواند میزان دور ریز آب را تا 90 درصد کاهش دهد. با توجه به دانش و تجربه بسیار کم در خصوص سیستم های CCRO در ایران، هدف اصلی این پژوهش ارزیابی عملکرد و کارایی سیستم های CCRO در تصفیه خانه های آب ایران بود. در همین راستا، دو سیستم RO پیوسته موجود در تصفیه خانه های آب مستقر در مرکز و شما ل غرب ایران انتخاب شدند. برای اولین بار، بر اساس آنالیز شیمیایی آبهای خام این تصفیه خانه ها، حداکثر درصد بازیابی با فرض تغییر سیستم های RO موجود به سیستم CCRO، بررسی شد. نتایج این پژوهش نشان داد که با استفاده از سیستم CCRO به جای سیستم RO پیوسته به ازای کاهش قابل توجه حجم تلخاب تولیدی 74 تا 89 درصد مصرف انرژی الکتریکی سیستم به میزان قابل قبولی (8 تا 36 درصد) بیشتر می شود. در سیستم CCRO با آب ورودی شورتر (تصفیه خانه اول)، حداکثر درصد بازیابی قابل دسترس برابر با 7/88 بود که عامل محدودکننده برای دستیابی به درصد بازیابی بیشتر، حداکثر فشار قابل تحمل غشاها  bar4/41 بود. در مورد سیستم با خوراک حاوی شوری کمتر (تصفیه خانه دوم)، حداکثر شدت جریان مجاز تراوش یافته m3h-158/1، درصد بازیابی سیستم را در 6/96 محدود کرد. البته در این شرایط با توجه به غلظت زیاد سیلیس و سولفات در آب ورودی به این سیستم، درصد اشباع سیلیس و نمک های سولفات بسیار بیشتر از حدود مجاز بود که به منظور کنترل رسوب گذاری این نمک ها لازم بود ماده ضدرسوب مناسب و احجام زیادی اسید سولفوریک به آب ورودی تزریق شود. به هر حال با کاهش درصد بازیابی سیستم CCRO احجام مصرف اسید و ماده ضدرسوب کاهش یافت.

    کلیدواژگان: اسمز معکوس پیوسته، اسمز معکوس مدار بسته، نمک زدایی آب، درصد بازیابی، حداقل دور ریز آب
  • محمد رنجبر، نصرالله مجیدیان*، محمد سمیع پور گیری صفحات 152-170
    آب همراه، بزرگترین جریان زاید و آلوده تولیدی در صنایع نفت و گاز متشکل از آلاینده های آلی و غیرآلی بوده و اثرات مخرب تخلیه آب تولیدی تصفیه نشده، بر محیط زیست و بهداشت جامعه یکی از اساسی ترین دغدغه های محیط زیستی است. امروزه تلفیق فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته و تصفیه بیولوژیکی، مورد توجه پژوهشگران است. بررسی رابطه پساب خروجی مرحله پیش تصفیه اکسیداسیون پیشرفته و عملکرد بیوراکتور پایین دستی به عنوان مرحله نهایی تصفیه می تواند به بهینه سازی این فرایندها کمک کند. در این پژوهش، در ابتدا تصفیه بیولوژیکی بدون انجام پیش تصفیه مورد آزمون قرار گرفت و مشخص شد تخریب زیستی به تنهایی برای تصفیه نمونه کفایت نمی کند، بنابراین روش ترکیبی الکتروفنتون - تصفیه بیولوژیکی بررسی شد. عمل پیش تصفیه توسط الکتروفنتون و تصفیه نهایی در بیوراکتور انجام شد. در راکتور الکتروفنتون از کاتد سنتز شده MCNT-Ce/WO3/GF و کاتالیست هتروژن MWCNT/GO/Fe3O4 استفاده شد. آزمایش حذف BTEX به عنوان شبیه ساز آب همراه نفت به ترتیب با استفاده از بیوراکتور گرانول هوازی، الکتروفنتون و ترکیب آنها انجام شد. پس از بهینه سازی متغیرهای pH و زمان، به منظور بررسی اثرات متقابل دما، میزان کاتالیزور، جریان اعمالی و فاصله الکترودها، از طرح آزمایشی باکس بنکن و روش سطح پاسخ برای بهینه سازی عملکرد سیستم پیشنهادی استفاده شد. آزمایش در شرایط بهینه محاسبه شده برای فرایند تخریب الکتروفنتون انجام شد (دما برابر 30 درجه سلسیوس، میزان کاتالیست mg/L 250، چگالی جریانmA/m2  170 و فاصله الکترود cm1/5). نسبت BOD/COD در این شرایط 41/0 و میزان حذف COD برابر با 5/56 درصد به دست آمد. در این شرایط پساب شبیه سازی شده وارد بیوراکتور گرانولی شد و تصفیه نهایی نمونه تا 94 درصد انجام شد. آب همراه واقعی به راکتور الکتروفنتون وارد شد و پساب آن به بیوراکتور گرانول هوازی هدایت شد. نتایج نشان داد که الکتروفنتون- بیوراکتور یکپارچه، آلاینده های آلی را تا 2/0± 7/92 درصد حذف می کند و ویژگی های آب همراه تصفیه شده را در محدوده استاندارد محیط زیستی نگه می دارد.
    کلیدواژگان: آب همراه، الکتروفنتون، بیوراکتور، سطح پاسخ، گرانول هوازی
|
  • Nima Nezami, Mostafa Tizghadam Ghazani *, Mahdi Zarghami, Maryam Abbasi Pages 1-24

    The use of a systematic view has increased to deal with social and environmental problems in recent years. Recently, various models have been developed to address urban water issues. Most of them are focused on runoff and storm water management and few have addressed the problems of the Drinking water system. However, the lack of an effective model that supports complex and multi-objective urban water system in terms of management and decision-making is felt. This article focuses on the importance of a sustainable approach to the conventional approach in urban water management and the need to change attitudes due to the current state of water resources. In this paper a novel system dynamics model has been developed, taking into account the technical, economic, social, environmental and government subsystems that simulate and predict the results of urban water management measures. The results of the implementation of the proposed model on the city of Isfahan showed that the model has a high precision in simulating system condition. The model error rate in simulation of different parameters is less than 5%. Therefore, the model can be used as a tool for analyzing different management strategies before implementing and spending time and cost to assist decision makers.

    Keywords: Urban Water Management, Dynamic Modeling, Decision Supporting System, VENSIM, Isfahan
  • Sajjad Eftekhari, Shahnaz Ghasemi *, Mazdak Hashempour, Ayoub Torkian, Mohammad Mirzai, Seyd Mehdi Borghei Pages 25-48

    In the current work, the capability of uncoated titanium anode in the electrochemical treatment of textile wastewater has been investigated with the aim of simultaneously benefiting from electrooxidation and electrocoagulation treatment processes. In the present work, the feasibility of using uncoated titanium anodes for wastewater treatment is studied in an electrochemical pre-pilot set-up with polymeric casing and an electrical supply power of 150 W, operated under galvanostatic regime in batch mode, focusing on the current density as the main subject of assessment, and its performance is evaluated using metrics such as chemical oxygen demand removal and specific energy consumption. A noticeable finding of this work, is the flexibility of the set-up to combine the electrocoagulation and electro-oxidation mechanisms with the current density as the controlling parameter, leading to a remarkable decontamination capability, so that reductions in the total chemical oxygen demand as large as 75–80% in the neutral and 90–95% in the acidic environments were achieved. At low current densities (< 100 μA/cm2), the anodic corrosion was limited and the electro-oxidation was the dominant wastewater treatment mechanism. At high current densities (> 100 μA/cm2), the anodic corrosion was accelerated and the dominant wastewater treatment mechanism was switched to electrocoagulation. Along with the chemical oxygen demand removal capability, the energetic cost-effectiveness of the set-up was a major concern, particularly from the industrial point of view, which was assessed in both neutral and acidic environments, and it was realized optimization occurred at 600 μA/cm2, so that the specific energy consumption and the rate specific energy consumption, were both minimized at this current density, in respective order, 8.9 kWh/kgCOD and 3.52 kWh/kgCOD/h in neutral, and 10 kWh/kgCOD and 2.34 kWh/kgCOD/h in acidic environments.

    Keywords: Advanced Oxidation Methods, Chemical Oxygen Demand Removal, Electrooxidation, Electrocoagulation, Titanium, corrosion
  • Niki Soleimani Amiri, Sina Ebrahimi, Mahdi Emadi, Ozeair Abessi *, Majid Peyravi Pages 49-65

    Leachate production and management is a challenging environmental issue in municipal landfills and depots in Iran. Leachate contains toxic materials, heavy metals, and organic and microbial pollutants on a significant scale. Its uncontrolled entrance into the surface, groundwater, and soils can also substantially inverse impacts on human health and natural habitats. In Mazandaran province, during the last decades, depots and landfilling of municipal and industrial waste have led to environmental degradation in its eco-sensitive natural zones and brought a series of health, social, and security challenges to the region. Due to the region's high precipitation rate and landfills with no cover, these places practically convert into an extensive resource for leachate production. To diminish the environmental impacts, a lot of work has been done in recent years to develop a sort of leakage gathering system and treatment plants in these landfills, based primarily on an overall estimation. In this study, a calculating computer model has been developed for leakage production based on regional climate conditions and the characteristics of municipal waste. This model is different from the HELP model, which is commonly used for sanitary landfills and is specifically developed for the waste depots of the Mazandaran province. In this model, hydrological methods, which are based on the water balance in the landfill sites, were used for the calculation. The developed model was uploaded as an online service for public use. By referring to the internet address provided, the developed model in the landfill part and the leachate section, the amount of produced leachate for the landfill site of Mazandaran province can be calculated. Also, the leachate volume of the Babol Anjilsi landfill has been calculated as a case study. As a result of this study, the lowest and highest amount of the production leachate for hot and dry months of the year (June and July) and for wet and rainy months (October) was about 63.39 and 260.07 cubic meters per day, respectively.

    Keywords: Landfill, leachate, depots, Calculating Model, Municipal Wastes
  • Nafiseh Panahi Osalou, Lobat Taghavi *, AmirHessam Hassani, Mohsen Dehghani Pages 66-77

    The effluents of polymerization plants are acidic due to the use of sulfuric acid as flocculation agent and their wastewater contains high amounts of sulfate ions. In wastewater industry, several physical, chemical and biological treatment methods are used. The main purpose of this study is to examine the feasibility of anaerobic biological treatment of sulfate in industrial effluents by using sulfate-reducing bacteria. The research method is quantitative, and experiments and data collection from 2017-2020. The main variables of this research are temperature, effluent pH and the population of microorganisms. Experiments at two temperature levels of 25 and 60 oC and two different pHs, 7.5 and 8.5, were performed and four series of experiments were done. The results showed that by increasing the temperature of the solution from 25° to 60 °C at a concentration of 50 mg/L sulfate ion and a pH of 7.5, microorganisms showed 17.6% better performance. Also, the performance of microorganisms in anaerobic biological treatment at concentration of 50 mg/L of sulfate ion was 45.3% minimum and 49.9% at maximum. Comparison of experimental results at two different pHs of 7.5 and 8.5, indicates that at the same temperatures of 25 and 65°C, with increasing pH, the performance of microorganisms has improved by 16.4%. The efficiency of wastewater treatment increases 19.6% by changing pH from 7.5 to 8.5. Results showed that the correlation between temperature and sulfate ion concentration follows the 1st degree equation. Also, the weak pH environment provides suitable conditions for the removal of ions in the effluents, and the correlation between increasing the pH of the solution and decreasing the concentration of sulfate ions is a 2nd degree equation. Study showed that temperature and pH are the two effective factors in the process of biological treatment of effluents.

    Keywords: Biological Treatment, anaerobic treatment, Sulfate Reducing Bacteria, Acidic Effluent, Industrial Wastewater
  • Arezoo Moradi, AbdulReza Nekoei *, Mohammad Gholipour Pages 78-95

    Zagros Petrochemical Company, as one of the largest methanol companies in Iran, faces the problem of high levels of turbidity and sulfate and ammonia pollutants in its wastewater. So, it is required to effectively purify this wastewater for reusing in steam production in the methanol unit; also, to bring the amount of pollutants to the required environmental standards. The purpose of the present study is to investigate the coagulation process and compare the effectiveness of six different coagulants, including aluminum sulfate (alum), iron (II) sulfate, chloroferric, polyaluminum chloride and two types of cationic and anionic polyelectrolytes, in reducing the existing amount of turbidity, sulfate and ammonia in the wastewater of this company. During these experiments, the effects of effluent pH and coagulant concentration parameters on the efficiency of reducing the turbidity and the mentioned pollutants has been investigated. According to the results, and considering the long flocculation time, as well as low formation of very small and non-quick precipitating suspended particles, the coagulants alum, chloroferric and iron (II) sulfate do not have a significant effect on the removal of turbidity from the target wastewater sample. Meanwhile, the coagulants PAC, cationic and anionic polyelectrolytes, with low concentrations, are suitably effective, and, in combination with lime, can remove a significant amount of the turbidity (about 99%) and the ammonia (about 60%) from the investigated wastewater. Also, the highest amount of the sulfate reduction (about 45%) is attributed to the alum coagulant. Finally, taking into account the costs, accessibility and compatibility of the wastewater treatment package of the Zagros Petrochemical Company, the coagulant PAC in a concentration of 5 mg/L, in combination with lime at a pH of 12, has been suggested and the mentioned problems were completely resolved.

    Keywords: Petrochemical Wastewater Treatment, flocculation, Alum, Chloroferric, Polyaluminum Chloride, Polyelectrolyte
  • Maryam Mokhtari, AhmadReza Akhavan Sarraf * Pages 96-109

    The loss of drinking water from water distribution network is one of the problems of Water and Sewage Companies worldwide, which reduces a remarkable part of the company's profit. Therefore, the aims of this research are: determination of strategies and their evaluating criteria for the loss management in water distribution network, prioritization of those strategies and criteria as well as selection of the most effective strategy. This study is a practical research and data gathering was performed via researcher-made questionnaires on snowball sampling based on the idea of 10 experts employed in Water and Sewage Company of Isfahan province. Four strategies of water loss management of water distribution network assessed in questionnaires were selected based on the recommendations of International Water Association, American Water Works Association and the regulations of the non-revenue water committee by the deputy directorate and under supervision of the Water and Wastewater Company of Iran, 2020. Data gathering and analyzing were carried out using paired comparison matrix and analytic hierarchy process by the Expert-choice software. The calculated inconsistency ratio of questionnaires was determined to be 0.02, and therefore the most effective strategy of water loss management of Isfahan water distribution network was determined to be the pressure drop strategy with weight of 0.400. Three other strategies of active leak detection weight 0.259, network repair weight 0.175, and speed and quality of emergencies weight 0.167, were prioritized in the next ranks, respectively. Likewise, the criteria of financial supply weight 0.463 in the first rank, the criteria of technical supply weight 0.289 in the second rank, the criteria of training update weight 0.146 in the third rank, and the criteria of legal supply weight 0.102 in the fourth rank, were prioritized. By increasing the ratio of circular intubation in water distribution network and construction of water storage tanks in the northwestern heights of Isfahan, it is practical to develop the pressure drop strategy in flat districts of Isfahan city leading to the minimum water loss of Isfahan distribution network.

    Keywords: Water loss, Multi Criteria Decision Making, Water Distribution Network, Apparent loss, Real Loss
  • Soheil Safari *, Mohammad Mosaferi, Saman Javadi, Mahdi Zarghami, Mahdi Jahangiri Pages 110-123

    The water supply network is one of the most critical infrastructures of human societies, which could cause illness or death in many consumers due to its expanding nature. Water pollution is one of the ways of spreading biological pollutants among the population, which is known as bioterrorism today. Biological contamination usually occurs with the use of pathogens and biotoxins. Therefore, recognizing the vulnerable stages of the water supply network against various pollutants is of particular importance. In this research, in the first stage, a selection of five pathogens (Bacillus anthracis, Cryptosporidiosis, Francisella tularensis, Vibrio cholerae, Shigella) that are more likely to pollute water sources have been made. Thus, employing each component of the water supply system (including raw water source (dam)), Raw water storage tank, water treatment plant, treated water transmission line, treated water tanks, and distribution network (30 scenarios) were defined. In the next step, using multi-criteria group decision-making and employing three main criteria (vulnerability of each water supply stage, the amount of contaminant damage power, the amount of contaminant risk in each of the water supply stages) and their sub-criteria, the weight of each criterion was determined from the perspective of decision-makers by utilizing GFDM software. After analyzing the scenarios, the risk level of each scenario was ranked. Scenario 26 created the most risk, which consists of introducing the pathogen Bacillus anthracis into the distribution network. The entry of contamination into the distribution network due to high availability and lack of subsequent treatment steps, as well as the slight chance of preventing the contaminant from reaching consumers, can cause many diseases and deaths. Furthermore, it has a high resistance against chloride and is stable in water, so the entry of this contaminant into the distribution network can be dangerous. Considering the existing conditions, recognizing and calculating the risk of different scenarios can lead to readiness and increase the speed of action in response to possible biological attacks.

    Keywords: Water supply network, Biological Attacks, Multi-criteria decision making, Passive Defense
  • Saied Kazempour, Farid Moeinpour * Pages 124-137

    Considering lead’s toxicity and its characteristics as a serious environmental pollutant, to protect the human population’s health and the ecosystem it is necessary to stop this heavy metal from entering water resources and the environment through industrial wastewater. Therefore, the present study was carried out to manage lead elimination from aqueous solutions using NiO nanocomposites immobilized on graphene. To determine the effective factors in the elimination process, some parameters including contact time (20, 30, 15, 5, 10, 3 min), adsorbent dosage (0.1, 0.05, 0.2, 0.01g), initial concentration of the lead solution (5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 800, 1000 mg/L) and pH (2, 4, 5, 6, 7) were investigated at room temperature, 40 ˚C and 55 ˚C. Based on the results, the amount of lead eliminated by graphene-immobilized nickel oxide nanoparticles reached its maximum value under the optimum conditions of 20 min contact time, 0.05g adsorbent, 5ppm initial concentration, and 55 ˚C temperature. In addition, the experimental data were analyzed using Langmuir, Freundlich, and Dubinin-Radushkevich isotherms of the adsorption process and the results indicated maximum compliance with the Langmuir isotherm, with a maximum adsorption capacity of 2000 mg/g. These findings show that lead absorption is an endothermic reaction. The graphene/NiO magnetic nanocomposite made in this way has many pores and a high specific area (196.5 m2/g), which makes it an ideal adsorbent for removing lead(II) ions from aqueous solution. The maximum absorption capacity obtained from the said adsorbent was 2000 mg/g, which is much higher than other common adsorbents. Among the advantages of this method, we can point out the very high absorption capacity, the simplicity of separating the adsorbent from the solution, and the fast duration of the absorption equilibrium (up to 20 min).

    Keywords: Pb(II), Adsorption, Nanocomposite, Graphene-Immobilized Nickel Oxide Composites, Aqueous solutions
  • Shahram Niazi * Pages 138-151

    Nowadays, lack of water resources has become a crisis in many countries around the world including our country, Iran. In the current situation, minimizing the waste of water is vital. Continuous reverse osmosis system, the most widespread technology for water desalination, wastes large amounts of fresh feed water as high salinity brines. Hydraulic parameters and deposition of salts on the membranes are the most important factors limiting the maximum achievable recovery rates in RO systems. Closed circuit RO technology by modifying the operational mode of continuous RO system to a cyclic semi-batch process, reduces limitations of the maximum possible recovery and can decrease the amount of water waste by 90%. Due to the lack of experience and knowledge about CCRO technology in Iran, the main goal of the present study is the performance evaluation of CCRO systems in Iran's water desalination plants. For this purpose, two industrial RO systems, located in central and northwestern Iran, were selected as case studies. For the first time, according to the real feed water matrix, the maximum achievable recovery of systems was investigated by changing continuous RO to CCRO systems. The results revealed that implementing CCRO systems could significantly decrease brine production rate 74 to 89%. However, the electrical energy consumption of the systems increased reasonably 8 to 36%. For high salinity feed water (1st case study), the maximum allowable operating pressure of membrane 41.4 bar limited the recovery of CCRO system to 88.7%. For the system with low salinity feed 2nd case study, the recovery was limited to 96.6% due to restriction in the maximum permeate flowrate per element (1.58 m3h-1). In this case, the saturation levels of silica and sulfate salts were much higher than the permissible levels. Therefore, dosing a suitable antiscalant and high volumes of sulfuric acid were necessary to control the scaling. However, acid and antiscalant demands were reduced by a decrease in CCRO recovery rate.

    Keywords: Continuous RO, Closed Circuit RO, Water desalination, recovery rate, Minimum Water Waste
  • Mohammad Ranjbar, Nasrollah Majidian *, Mohammad Samipoorgiri Pages 152-170
    Produced water is the largest waste stream in the oil and gas industry. It is a mixture of inorganic and organic pollutants. The harmful effects of discharging untreated produced water on the environment and public health is a challenging concern. Nowadays, the integration of advanced oxidation process and biological treatment is of interest to the researchers. Investigating the relationship between AOP pretreated effluent and subsequent bioreactor performance can help to optimize these systems. In this research, biological treatment was first examined without pretreatment, and it was found that biological degradation alone is incapable of treating the sample, so the integrated method of electro fenton-biological treatment was studied. Electro fenton performed the pretreatment and bioreactor did the final treatment. Synthesized MCNT-Ce/WO3/GF cathode and the MWCNT/GO/Fe3O4 heterogeneous catalyst were used in the electro fenton process. BTEX removal test - as a produced water simulant - was done using aerobic granules bioreactor, electro fenton and their combination, respectively. After optimizing the pH and time variables, in order to study the interactive effects of temperature, catalyst load, applied current and electrodes distance, a Box-Behnken experimental design and response surface methodology were used to optimize the performance of proposed system. The experiment carried out in the calculated optimal conditions for the electro-fenton degradation process (temperature 30 °C, catalyst load 250 mg/L, current density 170 mA/m2 and electrode distance 1.5 cm). The BOD/COD ratio and COD removal was found to be 0.41 and 56.5%, respectively. In these conditions, effluent entered the granular bioreactor and the final COD removal of the sample was done up to 94%. Real produced water was fed into the electro-fenton reactor and its effluent was introduced to the aerobic granular bioreactor, results showed that integrated electro fenton-bioreactor removes organic pollutants up to 92.7± 0.2% and keeps the characteristics of the treated produced water within the environmental standard range.
    Keywords: Produced Water, Electro-fenton, Bioreactor, Surface Response, Aerobic Granule