فهرست مطالب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب - سال هشتم شماره 4 (زمستان 1402)

نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب
سال هشتم شماره 4 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/27
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مجید قنادی صفحات 2-3
  • سینا کریمی، هادی رمضانی اعتدالی*، عباس ستوده نیا صفحات 4-10
    افزایش روز‎افزون جمعیت و همین طور تقاضای انسان برای زندگی راحت تر موجب استفاده بیش از حد از منابع آب های سطحی و زیرسطحی شده و در نتیجه آن انواع عناصر سمی به محیط‎زیست وارد شده است. یکی از این عناصر سمی آرسنیک است. آرسنیک از سمی ترین و خطرناک ترین عنصرهای موجود در آب آشامیدنی شناخته می شود. هدف از این تحقیق بررسی روش به حداقل رساندن میزان این ماده سمی به‎روش انعقاد و لخته سازی در آب آشامیدنی است. در روش انعقاد و لخته سازی برای حذف آلاینده یک مقدار بهینه از pH و ماده منعقدکننده وجود دارد که در کمتر و بیشتر از این مقادیر بهینه درصد کاهش حذف آلاینده کمتر می شود. به‎منظور تعیین شرایط بهینه حذف آرسنیک به‎روش انعقاد و لخته سازی، در مرحله اول میزان pH بهینه به کمک آزمایش جار تعیین شد و مقدار آن 6 به‎دست آمد. سپس با انتخاب آلوم به‎عنوان ماده منعقدکننده و آهک به‎عنوان کمک منعقدکننده و هم‎چنین میزان pH بهینه، مقدار بهینه ماده شیمیایی 5/7 میلی گرم بر لیتر به‎دست آمد، که تعیین نقاط بهینه در شرایط موجود را می توان نوآوری در این تحقیق نامید. در پایان غلظت باقیمانده آرسنیک به‎روش طیف‎سنجی جذب اتمی هیدرید تعیین شد. با توجه به غلظت آرسنیک نمونه آب ورودی که  برابر با 91 میکروگرم بر لیتر بود، آزمایش جار در طی دو مرحله با منعقدکننده آلوم صورت گرفت. با توجه به میزان pH بهینه به‎دست آمده در غلظت های مختلفی از مواد منعقدکننده و هم‎چنین غلظت ثابتی از مواد کمک منعقدکننده، راندمان حذف آرسنیک در بهترین حالت با منعقدکننده آلوم به 46/88 درصد رسید که برابر با 10 میکروگرم بر لیتر است و با توجه به میزان استاندارد سازمان بهداشت جهانی، نتیجه قابل‎قبولی است. نتیجه این پژوهش بیان‎گر آن است که روش انعقاد و لخته سازی با منعقدکننده آلوم و میزان ثابتی از آهک به‎عنوان کمک منعقدکننده، کارایی قابل‎قبولی در حذف آرسنیک دارد و می تواند گزینه مناسبی برای حذف آرسنیک باشد.
    کلیدواژگان: آرسینیک، آب آشامیدنی، انعقاد و لخته سازی، آلوم
  • شروین جمشیدی، علی دهنوی* صفحات 11-21

    در این پژوهش، وضعیت کمی و کیفی پساب خاکستری در خوابگاه های دانشگاه اصفهان با هدف استفاده مجدد از آن مورد بررسی قرارگرفت. بدین منظور، مصرف آب غیرشرب (استحمام و شستشوی لباس) به تفکیک خوابگاه برادران و خواهران، طی روزهای هفته و کیفیت پساب در طول ترم تحصیلی (مهر-آبان و اردیبهشت-خرداد) با نمونه برداری از منهول خروجی حمام ها پایش شد. نتایج نشان داد که سرانه متوسط مصرف آب غیرشرب و تولید پساب خاکستری دانشجویان 111 لیتر به ازای هر نفر در روز است که با احتساب 4400 نفر ساکن در خوابگاه ها، پساب تولیدی می تواند حداقل 10% نیاز آبی فضای سبز دانشگاه را تامین کند. هم‎چنین مشخص شد سرانه تولید پساب خاکستری دختران 20% بیشتر از پسران بوده و این اختلاف قابل‎ملاحظه است. به‎علاوه، سرانه تولید پساب خاکستری در آخر هفته (پنجشنبه و جمعه) به‎صورت قابل ملاحظه ای (16%) بیشتر از سایر روزها است. بر این اساس، ضرایب حداکثر روزانه و ساعتی تولید پساب خاکستری به‎ترتیب 16/1 و 25/1 برآورد شد. آنالیز کیفی پساب خاکستری نیز نشان داد که غلظت متوسط آلاینده های BOD، COD و TSS در این پساب به‎ترتیب برابر 65، 142 و 52 میلی گرم بر لیتر است که میزان تجزیه پذیری بیولوژیکی و ذرات معلق نسبتا کمی دارد.

    کلیدواژگان: پساب خاکستری، مصرف آب، تصفیه و بازیافت فاضلاب، دانشگاه سبز، پایداری
  • مهیار پاکان، مریم میرآبی*، علیرضا ولی پور صفحات 22-34
    در سال های اخیر، استفاده از پلیمر PVDF در ساخت غشای اولترافیلتراسیون مورد توجه محققین صنعت آب و فاضلاب قرارگرفته است. با این‎حال خاصیت آب گریزی پلیمر PVDF چالش های اجرایی و بهره‎برداری به‎همراه داشته است. این مطالعه اثربخشی نانوذرات CuO در سه نوع شکل هندسی (نانو ذره، نانو صفحه، نانو توپی) به منظور اصلاح ساختار آب گریز پلیمر PVDF را مورد ارزیابی قرار می دهد. در این پژوهش، نانو ذرات به‎روش هیدروترمال در ابعاد و اندازه های مختلف سنتز شده و مورد شناسایی و مشخصه‎یابی قرارگرفتند. غشای اولترافیلتراسیون در حضور  PVDF(wt %16)، PVP (wt 1%) و نانو ذرات اکسید مس (wt %1) به‎روش وارونگی فاز ساخته شد. نتایج مشخصه‎یابی نشان‎داد که نانو مواد صفحه ای به خوبی در ساختار غشا پراکنده شده است. هم‎چنین میزان آب‎دهی و پس‎زنی پروتیین BSA در غشای حاوی نانو صفحات به‎ترتیب LMH 263 و %98 بوده و نسبت به سایر نانو کامپوزیت ها میزان کمتری BSA به سطح غشا رسوب کرده است. هم‎چنین، میزان رهاسازی یون مس در آب خروجی از غشا در حد استاندارد بوده است که نشان‎دهنده پایداری CuO در ساختار غشا است. براین اساس، نانو مواد صفحه ای به مراتب عملکرد بهتری در اصلاح نانو کامپوزیت های پلیمری دارند.
    کلیدواژگان: اولترافیلتراسیون (UF)، پلی وینیلیدین فلوراید PVDF))، مس اکسید (CuO)، مورفولوژی، غشای نانوکامپوزیت
  • سارا نظیف*، یاسر خطیبی، آناهیتا پورمحمدی، علی خواجویان صفحات 35-50

    به‎دلیل تغییرات پیوسته مشخصات کمی و کیفی فاضلاب ورودی به تصفیه خانه فاضلاب، ارزیابی عملکرد تصفیه خانه و اتخاذ استراتژی های مناسب و به‎هنگام ضروری است. اولین گام برای ارزیابی و بهبود عملکرد تصفیه خانه ها، مدل سازی تصفیه خانه است. در سال های اخیر استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی و مدل های ریاضی برای مدل سازی تصفیه خانه فاضلاب توسعه یافته است. کالیبراسیون مهم‎ترین قدم در مدل سازی به‎شمار می رود، زیرا که کالیبراسیون نامناسب نتایج را غیرواقعی و یا همراه با خطای زیاد نشان می دهد. هدف از این مطالعه کاربردی، بازتوسعه مدلBSM1 1 و ارایه سناریوهای مختلف کالیبراسیون به‎منظور مدل سازی سیستم نهراکسیداسیون کاروسل در مقیاس واقعی است تا بتوان از مدلی با دقت بالا برای اهداف بعدی هم‎چون اعمال استراتژی های کنترل و بهبود عملکرد تصفیه خانه تحت شرایط بهره برداری مختلف استفاده کرد. مدل توسعه داده شده بر روی مدول 5 و 6 تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران پیاده سازی شد. پس از تعیین مدل های فرایندی مناسب برای واحدهای مختلف تصفیه خانه فاضلاب، کالیبراسیون مدل براساس پروتکلGMP 2 و تحت دو سناریوی 1) کالیبره کردن پارامترها به‎صورت یک‎باره و 2) کالیبره کردن پارامترها به‎صورت گام به گام انجام شد. در هریک از سناریوهای ذکر شده، دو تابع هدف درنظر گرفته شده است تا اثر متغیرهای اصلی شامل COD ، TSS و TN و متغیرهای فرعی شامل X (MLSS3 تانک هوادهی) و Xr (MLSS لجن برگشتی) درنظر گرفته شود. در فرایند کالیبراسیون از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی توابع هدف استفاده شده است. نتایج نشان‎داد که در کالیبراسیون استاتیک، میزان خطای متوسط همه متغیرها و نیز متغیرهای درنظر گرفته شده در تابع هدف در سناریو 2 نسبت به سناریوی 1 به‎میزان قابل‎توجهی کاهش می یابد که مقدار آن ها در سناریوی 2 برای تابع هدف 1 و 2 به‎ترتیب 8/7%، 8/7%، 2/8% و 3/4% است. هم‎چنین با درنظر گرفتن تعداد متغیر بیشتر در تابع هدف، خطای تجمعی همه متغیرها کاهش می یابد. در کالیبراسیون دینامیک میزان خطای متوسط مدل در تخمین میزان TSS، COD و TN به‎ترتیب 8/29%، 8/19% و 3/10% به‎دست آمد.

    کلیدواژگان: مدل سازی تصفیه خانه فاضلاب، BSM1، کالیبراسیون، نهراکسیداسیون کاروسل، تابع هدف کالیبراسیون
  • حسین رسولی، رضا محمدی* صفحات 51-69

    آلودگی آب های سطحی توسط آفت‎کش‎ها یکی از مهم‎ترین آلودگی های محیط‎زیست است. در این مطالعه کامپوزیت مغناطیسی کربن فعال/ نانوذرات آهن (AC/Fe3O4) سنتز و در جذب سم دلتامترین از محلول آبی مورد استفاده قرارگرفت. آنالیزهایFT-IR ، SEM، XRD و VSM مطالعه خصوصیات جاذب مورد استفاده قرارگرفت. نتایج این آنالیزها نشان‎داد که جاذب موردنظر با موفقیت سنتز شده است. با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)، طراحی آزمایش به‎روش باکس-بنکن (BBD) رفتار جاذب در جذب آفت کش دلتامترین و هم‎چنین به‎دست آوردن شرایط بهینه جذب مورد مطالعه قرارگرفت. نتایج نشان‎داد که بیشینه ظرفیت جذب جاذب موردنظر در شرایط مورد بررسی برای آفت کش دلتامترین برابر با mg/g 170/99 میلی‏گرم بر گرم است. هم‎چنین بهترین مدل برای بیان فرآیند جذب سم دلتامترین توسط جاذب مورد بررسی مدل ایزترمی سیپ است، که از معادله سینتیک شبه درجه دوم پیروی می‏کند. بنابراین تعاملات بین جاذب و دارو به‏صورت واکنش‏های شیمیایی است. ازسوی دیگر نتایج ترمودینامیکی نشان‎داد فرآیند به صورت گرمازا و با مقدار آنالپی برابرKJ/mol  79/54 است. نتایج این مطالعه نشان‎داد که کامپوزیت مغناطیسی AC/Fe3O4 توانایی استفاده‎شدن تا 10 مرحله فرآیند جذب و واجذب سم دلتامترین با درصد جذب بیشتر از 95% را دارا است.

    کلیدواژگان: : آفت کش دلتامترین، AC، Fe3O، جذب سطحی، روش سطح پاسخ
  • رضا شهرجردی*، مصطفی قربانپور صفحات 70-84

    افزایش جمعیت، رشد و توسعه صنایع به منظور رفع نیازهای روزافزون جوامع بشری و تامین منافع اقتصادی سازمان های مختلف برای احراز موجودیت در بازار رقابتی پیچیده امروزی پیامدهای ناگواری را به‎دنبال داشته است. این پیامدها با شتابی نگران کننده زوال حیات و سلامت انسان ها و حتی موجودات دیگر را ممکن می سازد و می تواند چرخه طبیعت را برهم زند و پتانسیل های طبیعی موجود در رفع نیاز نسل های آینده را به‎خطر اندازد. شرکت های آب و فاضلاب به‎عنوان مبنای حیات یک جامعه نقش بی بدیلی در تامین و تقسیم این منشا حیاتی به‎عهده دارند. بنابراین عدم مدیریت مناسب در نگهداری و تعمیرات تجهیزات و دارایی های فیزیکی در این صنعت منجر به هدررفت آب و انرژی و زیان های جبران ناپذیری در محیط‎زیست خواهد شد. بنابراین، با توجه به این ‎که نگهداری و تعمیرات در کنترل و ارتباط مسالمت آمیز میان صنعت و محیط‎زیست نقشی انکارناپذیر ایفا می کند، این پژوهش پایش و بررسی عملکرد این تجهیزات را بررسی می کند. از این‎رو با پالایش و جمع آوری اطلاعات از پژوهش های صورت گرفته در حوزه های نگهداری و تعمیرات با توجه به رکن محیط‎زیستی آن، درخت تصمیمی طراحی و با استفاده از روش سلسله مراتبی فازی که از روش های تحلیل مبتنی بر نظر کارشناسان است،  استراتژی های نگهداری و تعمیرات پایدار رتبه بندی شد. ماحصل این قضاوت ها با بیشترین ضریب وزنی (271/0) بیانگر تاثیر نگهداری و تعمیرات کنش گرایانه بر دستیابی به هدف سبز در کنار انجام وظایف خدماتی شرکت آب و فاضلاب است.

    کلیدواژگان: استراتژی های نگهداری و تعمیرات پایدار، دارایی های فیزیکی، روش تحلیل سلسله مراتبی فازی، شرکت های آب و فاضلاب، شرکت های خدمات رسان
|
  • Majid Kanadi * Pages 2-3
  • Sina Karimi, Hadi Ramezani Etedali *, Abbas Sotoodehnia Pages 4-10
    Increasing urbanization and industrialization of cities has led to an increase in pollutants and the production of many toxic elements. One of these pollutants is arsenic, which is known as one of the most toxic and dangerous elements in drinking water. The aim of this study is to investigate the method of minimizing the amount of this toxic substance by coagulation and flocculation in drinking water. In order to determine the optimal conditions for arsenic removal by coagulation and flocculation methods, in the first stage, the optimal pH is determined by Jar test as 6. Then by selecting alum as coagulant, lime as coagulant and the optimal pH, the optimal amount of chemical material is obtained as 7.5 mg/lit. Determining the optimal places in the current situation can be the novelty of this paper. At the end, the residual concentration of arsenic is determined by atomic hydride absorption spectroscopy. According to the concentration of arsenic in the incoming water sample which is equal to 91 micrograms per liter, the Jar test is performed in two stages with alum coagulants. Based on the optimal pH obtained in different concentrations of coagulants and also a constant concentration of coagulants, the arsenic removal efficiency in the best case in alum coagulants reached 88.46%, which is equal to 10 micrograms per liter, which according to the WHO, is an acceptable result. The result of this study indicates that the coagulation and flocculation method with alum coagulant and a constant amount of lime as a coagulant has a high efficiency in arsenic removal.
    Keywords: Alum, ARSENIC, Coagulation, Flocculation, Drinking Water
  • Shervin Jamshidi, Ali Dehnavi * Pages 11-21

    In this study, the quantity and quality of Grey Water (GW) were surveyed in the dormitories of Isfahan University by the aim of its reuse. For this purpose, the non-potable water consumption (bathing and washing clothes) was monitored in both boys and girls dormitories, where its variations were evaluated daily in the academic semesters (October-November and May-June) alongside its quality. Results showed that the average daily GW production of students is 111 liters per capita per day, in which by considering 4400 residents in the dormitories, this wastewater can supply at least 10% of the water required for the irrigation of campus green areas. It was also indicated that the daily average grey water production of girls' dormitories per capita was significantly higher about 20% than boys’. In addition, the daily grey water production per capita of students on weekends was significantly higher than the other days about 16%. Based on these data, the daily and hourly peak coefficients of grey water production were about 1.16 and 1.25, respectively. The quality analysis of discharged grey water showed that the average concentrations of BOD, COD and TSS were 65, 142 and 52 mg/L, respectively, which has a relatively low biodegradability and suspended solids.

    Keywords: Green University, Grey Water, Sustainability, wastewater treatment, reuse, Water Consumption
  • Mahyar Pakan, Maryam Mirabi *, Alireza Valipour Pages 22-34
    In recent years, using PVDF polymer in the fabrication of ultrafiltration membranes has attracted the attention of water and wastewater industry researchers. However, the hydrophobic property of PVDF polymer has brought implementation and exploitation challenges. This study evaluates the effectiveness of copper oxide nanomaterials in three types of geometric shapes (nanoparticle, nanosheet, nanoball) to modify the PVDF polymer's hydrophobic structure. In this research, nanomaterials were synthesized by the hydrothermal method in different dimensions and sizes and then, were identified and characterized. Ultrafiltration membrane was made in the presence of PVDF (16% wt), PVP (1% wt), and CuO nanoparticles (1% wt) by the phase inversion method. The characterization results showed that the sheet nanomaterials are well dispersed in the membrane structure. Also, the amount of water flux and rejection of BSA protein in the membrane containing nanosheets was 263% and 98%, respectively. Compared to other nanocomposites, a lower amount of BSA was deposited on the surface of the membrane. Also, the release rate of copper ions in the water coming out of the membrane was within the standard range, which indicates the stability of CuO in the membrane structure. In this regard, sheet nanomaterials perform much better in modifying polymer nanocomposites.
    Keywords: CuO NMs, morphology, Nanocomposite Membrane, Polyvinylidene Fluoride (PVDF), Ultrafiltration (UF)
  • Sara Nazif *, Yaser Khatibi, Anahita Pourmohamadi, Ali Khajavian Pages 35-50

    Due to continuous changes in the quantitative and qualitative characteristics of wastewater influent in wastewater treatment plants (WWTPs), it is necessary to evaluate the performance of WWTPs under different conditions and adopt appropriate control strategies. The first step in evaluating and improving the performance of a WWTP is to model it. In recent years, there has been an increase in the application of simulation software and mathematical models for this purpose. Calibration is considered the most important step in modeling because improper calibration can lead to unrealistic results with a large error. The main objective of this research is to redevelop the BSM11 model and provide different calibration scenarios to model the carousel oxidation system on a real scale. The high-accuracy model can then be used for various purposes, such as implementing different control strategies and improving the performance of the WWTP under different operating conditions. The developed model was implemented on modules 5 and 6 of the WWTP located in the south of Tehran. After determining the suitable process models for different units of the wastewater treatment plant, model calibration based on the GMP2 protocol was performed under two scenarios: 1) simultaneous calibration of parameters, and 2) step-by-step calibration of parameters. In each scenario, two objective functions were considered to evaluate the effect of main variables, including COD, TSS, and TN, and secondary variables, including X (MLSS3 of the aeration tank) and Xr (MLSS of the return sludge). The genetic algorithm was used to optimize the objective functions during the calibration process. The results showed that in the static calibration, the average error of all variables, as well as the variables considered in the objective function in scenario 2, were significantly reduced compared to scenario 1. The values in scenario 2 for objective function 1 were 2.7%, 7.8%, 8.2%, and 4.3% for the variables mentioned. Additionally, by considering more variables in the objective function, the cumulative error of all variables was reduced. In dynamic calibration, the average error rates of the model for TSS, COD, and TN were 29.8%, 19.8%, and 10.3%, respectively.

    Keywords: Modeling of wastewater treatment plant, BSM1, Calibration, Calibration objective function, Carousel oxidation ditch system
  • Hossein Rasouli, Reza Mohammadi * Pages 51-69

    The presence of various pollutants, especially pesticides in water sources is one of the important wastewater issues in the field of environment. The main purpose of this study is to remove and evaluate the optimal conditions and adsorption process of Deltamethrin pesticide by AC/Fe3O4 composite from aqueous solutions. For this purpose, adsorbents were first synthesized and then characterized and investigated using FT-IR, SEM, XRD, and VSM methods, which generally showed that the adsorbent was synthesized correctly. Then the optimal conditions (pH, contact time, initial concentration of Deltamethrin, and adsorbent dose) for removal of Deltamethrin by this adsorbent were evaluated according to the response surface methodology. The results showed that the maximum adsorption capacity of the adsorbent in the studied conditions for Deltamethrin is equal to 99.179 mg/g. The best models expressing the process of uptake of Deltamethrin by adsorbents are pseudo-second-order kinetic models, double exponential mechanism and sips isotherm. In addition, the adsorption process of Deltamethrin by AC/Fe3O4 composite is exothermic and with an enthalpy value equal to 54.79 KJ/mol. The results of this study showed that AC/Fe3O4 adsorbents have the ability to be used in the adsorption and desorption process of Deltamethrin with an adsorption percentage of more than 95%.

    Keywords: AC, Fe3O4, Adsorption, Deltamethrin, Response Surface Methodology
  • Reza Shahrjerdi *, Mostafa Ghorbanpour Pages 70-84

    Population increment, industries growth and development in order to satisfy the increasing needs of human societies, on the one hand, and the risk of the destruction of non-renewable resources such as water, on the other hand, are irreparable results of disregarding the correlation between industry and the environment. In this research, the performance of the physical assets of water and sewage companies is monitored and the appropriate strategy for sustainable maintenance and repairs in these companies is selected. Also, maintenance and repairs and sustainable development data is gathered. Then by using Fuzzy Hierarchy method (Fuzzy AHP), among the strategies that have the most compatibility with sustainable maintenance and repair, the ranking is done. Finally, according to the results, the reactive strategy is determined as the most effective approach in sustainable maintenance and repairs of the physical assets of Tehran Province Water and Sewerage Company.

    Keywords: Fuzzy Hierarchical Analysis Technique, Physical Assets, Sustainable Maintenance Strategies, Utilities, Water, Wasrewater Companies