Determination of the Relationship between Water Turbidity (NTU) and Total Suspended solids (TSS) in drip irrigation
Subject Areas : Pollution of water resourcesfarhad mirzaei 1 , zeynab sojoodi 2
1 - Tehran University
2 -
Keywords: Clogging, Suspended solids, Tubidiry, Water,
Abstract :
Sand filters are composed of sand-filled containers with determined granulation and specified thicknesses of pressurized sand layers that work under pressure and they are placed in the center control system after the cyclone and before the grid or disk filter. The aim of this study was to determine the relationship between water turbidity and Total suspended solids (TSS). To determine the samples turbidity, they were tested using a spectrophotometer and the percentage of light passing was obtained through each sample separately. The test of determining total suspended solids was also performed. The results of this experiment showed that there is a quadratic equation between the percentage of light passing and total suspended solids, which is presented as the main equation from figure 3, that is more correlated with the data. As can be seen, at 450 nm, there is a higher correlation between the turbidity and the light transmittance and less error.
اطلسی، باهر. بررسی تاثیر کاربرد فیلتر شنی بر افزایش عملکرد سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب. کارشناسی‌ارشد، دانشگاه تهران، 1391؛ 163 صفحه.
امين محمدمهدي، هاشمي حسن، ابراهيمي افشين، بينا بيژن، موحديان عطار حسين، جابري اديب، صفاري حسين، موسويان زهرا، «کاربرد سیستم تلفیقی فیلتراسیون و اشعه فرابنفش در گندزدایی پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شمال اصفهان در مقیاس پایلوت، مجله آب و فاضلاب، تابستان1390، جلد22، شماره 2.
دانشی نواب، بانژاد حسین، پیرتاج همدانی رضا، فرجی هوشنگ. تاثیر فیلتر تند شنی بر کارایی حذف فلزات مس و روی در حضور غلظتهای متفاوت فسفات. سلامت و محیط زیست. ۱۳۸۹; ۳ (۳) :۲۷۱-۲۸۰
ضوابط و معیارهای فنی آبیاری تحت فشار. 1383. سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، دفتر انتشارات علمی و مدارک تخصصی. شماره 286.
عابدی کوپایی، جهانگیر و همکاران، «بررسی کارایی فیلترهای شنی حاوی تراشه‌های لاستیک در پوشش زه‌کش‌های زیرزمینی، مجله علوم و فنون کشاورزي و منابع طبيعي، علوم آب و خاک، زمستان1391، جلد16، شماره 64.
فروغی، مریم؛ حاجیان‌نژاد، مهدی؛ پورزمانی، حمیدرضا؛ نوری‌مطلق، زهرا؛ هاشمی، حسن؛ «بررسی کارایی فیلتر شنی پوشیده شده با اکسید منگنز در حضور میدان مغناطیسی در بهبود کیفیت رواناب‌های شهری، مجله بهداشت و توسعه، تابستان95، جلد1، شماره 4.
Ahammed, M.M. and Meera, V., 2010. Metal oxide/hydroxide-coated dual-media filter for simultaneous removal of bacteria and heavy metals from natural waters. hazardous materials, vol. 181, pp.788-793.
Awan, M.A., Qazi, I.A. and Khalid, I., 2003. Removal of heavy metals through adsorption using sand. Environmental Sciences, vol. 15, pp.413-416.
Benjamin, M. M., and Sletten, R. S. 2002. Metals treatment at superfund sites by adsorptive filtration, Bulletin of Environmental Engineering and Sciences University of Washington, EPA/540/F-92/008.
Baig, M.A., Mehmood, B., & Matin, A. 2001. Removal of chromium from industrial effluents by sand filtration. Environmental Engineering and sciences university of Washington, pp.1579-1588.
Clark, G.A. 1992. drip irrigation management and scheduling for vegetable production. by drip irrigation. Agricultural Water Management, vol. 68, pp. 135-149.
Capra, A. and Scicolone, B., 1998. Water quality and distribution uniformity in drip/trickle irrigation systems. Agricultural Engineering Research, vol. 70, pp.355-365
Elbana, M., de Cartagena, F.R. and Puig-Bargués, J., 2012. Effectiveness of sand media filters for removing turbidity and recovering dissolved oxygen from a reclaimed effluent used for micro-irrigation. Agricultural Water Management, vol. 111, pp.27-33.
Florent pourcel,Sophie Duchesne and Maxim Ouellet. 2020. Evolution of the relationship between Total Suspended Solid concentration and turbidity during flushing sequences of water pipes.Journal of water supply:Research and Technology.in press 2020.
Han, J.Y., Kwon, Y.S., Yang, D.C., Jung, Y.R. and Choi, Y.E., 2006. Expression and RNA interference-induced silencing of the dammarenediol synthase gene Panax ginseng. Plant and cell physiology, vol. 47, pp.1653-1662.
Metcalf and Eddy, Inc, Asano, T., Burton, F.L., Leverenz, H., Tsuchihashi, R. and Tchobanoglous,
G., 2007. Water reuse. McGraw-Hill Professional Publishing.
Mahlangu, T.O., Mpenyana-Monyatsi, L., Mamba, B.B. and Momba, M.N.B., 2011. A simplified cost-effective biosand filter (BSFZ) for removal of chemical contaminants from water. J. Chem. Eng. Mater. Sci, vol. 2, pp.156-167.
Mancl, K.M. and Peeples, L.A., 1991. One hundred years later. Reviewing the work of the Massachusetts state board of health on the intermittent sand filtration of wastewater from small communities. In the 6 th National Symposium on Individual and Small Community Sewage Systems, Chicago, IL, USA, 12/16-17/91 (pp. 22-30).
Nakayama, F.S. and Bucks, D.A., 1981. Emitter clogging effects on trickle irrigation uniformity. Transactions of the ASAE, vol. 24, pp.77-0080.
Oron, G., Campos, C., Gillerman, L. and Salgot, M., 1999. Wastewater treatment, renovation and reuse for agricultural irrigation. small communities. Agricultural water management,vol. 38, pp.223-234.
Ravina, I., Paz, E., Sofer, Z., Marm, A., Schischa, A., Sagi, G., Yechialy, Z. and Lev, Y., 1997. Control of clogging in drip irrigation with stored treated municipal sewage effluent. Agricultural Water Management, vol. 33, pp.127-137.
Shi, W.X., Pun, C.L., Zhang, X.X., Jones, M.D. and Bunney, B.S., 2000. Dual effects of D-amphetamine on dopamine neurons mediated by dopamine and nondopamine receptors. Neuroscience, vol. 20, pp.3504-3511.
Tal, A., 2016. Rethinking the sustainability of Israel's irrigation practices in the Drylands. Water research, vol. 90, pp.387-394.
Trooien, T.P. and Hills, D.J., 2007. 9. Application of biological effluent. In Developments in Agricultural Engineering, Vol. 13, pp. 329-356.
Wen‐Yong, W., Yan, H., Hong‐Lu, L., Shi‐Yang, Y. and Yong, N., 2015. Reclaimed water filtration efficiency and drip irrigation emitter performance with different combinations of sand and disc filters. Irrigation and drainage, vol. 64(3), pp.362-369.
Zhou, B., Zhou, H., Puig-Bargués, J. and Li, Y., 2019. Using an anti-clogging relative index (CRI) to assess emitters rapidly for drip irrigation systems with multiple low-quality
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، پاییز و زمستان 98، صفحه‌ی 47-54
تعیین رابطه کدورت آب (NTU) و کل مواد معلق (TSS) در آبیاری قطرهای
فرهاد میرزایی*1، زینب سجودی2، اسماعیل شهریاری2
fmirzaei@ut.ac.ir
Determination of the Relationship between Water Turbidity (NTU) and Total Suspended solids (TSS) in drip irrigation
Farhad mirzaei 1*, Zeynab sojoodi 2, Esmaeel Shahriari2
1- Associate Professor, Faculty of Technology and Agricultural Engineering, University of Tehran 2- M.Sc. of Technology and Agricultural Engineering, University of Tehran
Abstract
Sand filters are composed of sand-filled containers with determined granulation and specified thicknesses of pressurized sand layers that work under pressure and they are placed in the center control system after the cyclone and before the grid or disk filter. The aim of this study was to determine the relationship between water turbidity and Total suspended solids (TSS). To determine the samples turbidity, they were tested using a spectrophotometer and the percentage of light passing was obtained through each sample separately. The test of determining total suspended solids was also performed. The results of this experiment showed that there is a quadratic equation between the percentage of light passing and total suspended solids, which is presented as the main equation from figure 3, that is more correlated with the data. As can be seen, at 450 nm, there is a higher correlation between the turbidity and the light transmittance and less error. Keywords: Clogging, Suspended solids, Tubidiry, Water
Keywords: 3-5 word
|
صافیهای شنی از مخازن پر از شن و ماسه با دانهبندیهای مشخص و با ضخامت معینی از لایههای شن و ماسه تشکیل میشوند که تحت فشار کار میکنند و در سیستم کنترل مرکز‌ی بعد از سیکلون و قبل از فیلتر توری یا دیسکی قرار می‌گیرند. هدف از این تحقیق تعیین رابطه بین کدورت آب و کل مواد معلق در آب است. برای تعیین کدورت با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر نمونه‌ها مورد آزمایش قرار گرفتند و درصد عبور نور از هر نمونه بصورت جداگانه بدست آمد. همچنین آزمون تعیین کل مواد معلق نیز انجام گرفت. نتایج این آزمایش نشان داد که یک معادله درجه دوم بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد وجود دارد که این معادله از نمودار شکل 3 که همبستگی بیشتری بین داده‌ها دارد به‌عنوان معادله اصلی معرفی میشود. همان‌طور که مشاهده میشود در طول موج 450 نانومتر بین کدورت و درصد عبور نور همبستگی بیشتری داشته و خطای کمتری وجود دارد.
كليد واژه ها: آب، کدورت، گرفتگی، مواد معلق
[1] - دانشیار دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران
[2] - دانش‌آموخته کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران
مقدمه
کمبود منابع آب شیرین، استفاده از پساب‌های قابل بازیافت در سیستم‌های آبیاری قطرهای را افزایش داده است (تال 2016).
با این حال، استفاده از پساب به دلیل وجود نمک، مواد مغذی، غلظت مواد جامد و بیولوژیکی بیشتر، خطر انسداد قطره چکان را افزایش میدهد. بنابراین، بزرگترین چالش در هنگام استفاده از پساب جلوگیری از گرفتگی قطره چکان در سیستم آبیاری قطرهای است (تروئین و هیلز، 2007). گرفتگی قطرهچکانها باعث توزیع نامتناسب آب در طول لوله فرعی شده و در نتیجه یکنواختی کاربرد آب و همچنین تولید محصول را تحت تأثیر قرار میدهد (کلارک و همکاران 1992).
با وجود انتخاب صحیح قطره چکان که گرفتگی را کاهش میدهد در هنگام استفاده از پساب، روشهای نگهداری مانند تصفیه آب، شستشو و پایش عملکرد سیستم مورد‌نیاز است (ژو و همکاران، 2019).
فیلترهای شن و ماسه استاندارد برای جلوگیری از مشکل گرفتگی در سیستم‌های قطرهای در نظر گرفته شده‌اند. چون این فیلترها معمولا ذرات بیشتری را حذف میکنند و بنابراین گرفتگی قطره چکان را کاهش می‌دهند (ون یونگ و همکاران 2015).
هدف از ساخت فیلترها حذف مواد معلق و کاهش کدورت آب است. بخش عمده‌ای از گرفتگی قطره چکان‌ها مربوط به مواد معلق موجود در آب آبیاری است. مواد معلق گرفته شده توسط فیلتر مقدار جریان عبوری از فیلتر را کاهش میدهد که در نهایت باید فیلتر شنی به‌وسیله شستوشوی معکوس تمیز شود. اینکه به فاصله چه مدت زمان لازم است فیلتر شسته شود. و چند بار و به چه مدت بایستی آن را شست بستگی به کیفیت آب و عمدا به مواد معلق موجود در آن دارد. تعیین آزمون مواد معلق به اندازه کافی و در طول مدت بهره‌برداری هزینه بردار و وقت‌گیر است و از دقت بالایی برخوردار نیست. کدورت آب تابع کیفیت آب و بیشتر متاثر از مواد معلق درآن است. تعیین کدورت با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر دارای دقت بالا است و به مدت زمان کمی نیاز دارد. در این مقاله با مشخص شدن کدورت و با استفاده از رابطه بدست آمده مقدار کل مواد معلق به سادگی محاسبه میشود.
کاپرا و همگاران (1998) تحقیقاتی بر روي کیفیت آب و یکنواختی پخش در تعدادي از سیستمهاي آبیاري قطرهاي در جنوب ایتالیا انجام دادند. هدف از تحقیق آن‌ها، تعیین پارامترهاي موثر در گرفتگی قطرهچکانها و نیز بررسی رابطه بین این پارامترها و کیفیت آب بود .نتایج مطالعات آن‌ها امکان طبقهبندي برخی از شاخصهاي مزرعهاي را فراهم ساخت به طوري که این شاخصها در ارزیابی فاکتورهاي گرفتگی و طبقهبندي خطرات گرفتگی مرتبط با کیفیت آب استفاده گردید. انسداد قطرهچکانها ارتباط نزدیکی با کیفیت آب آبیاري و ساختار مسیر قطرهچکانها دارد و به همین دلیل عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلفی می‌توانند گرفتگی سیستمهاي آبیاري قطرهاي را تشدید نمایند (ارون و همکاران 1996).
(ضوابط و معیارهای فنی آبیاری تحت فشار 1383). در میان فیلترهای رایج در آبیاری میکرو، فیلترهای شنی بیشترین کاربرد را دارند بخصوص زمانی که از پساب به‌عنوان آب آبیاری استفاده گردد. این فیلترها همیشه زمانی که جلبک یا سایر آلایندههای آلی وجود دارند توصیه میشوند (راوینا 1997).
مواد معلق گرفته شده توسط فیلتر مقدار جریان عبوری از فیلتر را کاهش میدهد که در‌نهایت باید فیلتر شنی به‌وسیله شست‌و شوی معکوس تمیز شود که بخش مهمی از عملیات و عملکرد فیلتر شنی است. این شستوشوی معکوس یا با زمان و یا با افت بار در فیلتر کنترل میشود. با این حال اگر فیلترهای شنی بطور مداوم و بصورت کافی شسته نشوند در فیلترهای شنی منافذ بزرگ و بهم پیوستهای به نام سوراخ موش میتواند تشکیل شود که عملکرد فیلتر را کاهش میدهد (ناکایاما 1982).
ناکایاما (1982) در ارتباط با کیفیت آب مورد استفاده در روشهاي آبیاري قطرهاي بیان داشته است که کاربرد آبهایی با محتواي مواد جامد معلق بیش از 100 میلیگرم در لیتر مشکلات عدیدهاي را براي سیستم آبیاري تحت فشار ایجاد مینماید. علاوه بر این طبق توصیه مراجع، آبی که غلظت جامدات معلق در آن کمتر از 50 میلیگرم در لیتر باشد براي استفاده در اکثر سیستمهاي آبیاري تحت فشار مناسب است (متسفل و همکاران 2007). اطلسی (1391) به این نتیجه رسید که اسمز معکوس از راندمان حدف نیترات بالایی برخوردار است. راندمان حدف نیترات برای بالاترین غلظت نیترات ورودی انجام شده در این تحقیق (150 میلی گرم بر لیتر) برابر 91 درصد گزارش شده است. فروغی و همکاران (1391) فیلتراسیون رواناب با استفاده از شن روش تصفیهای است که به دلیل ارزان بودن، فراوانی و قابلیت دسترسی به شن و نیز امکان کاربرد این روش در مقیاسهای کوچک و بزرگ اهمیت خاصی بین سایر روشهای تصفیه دارد. امین و همکاران 1389 به این نتیجه رسیدن که ﺑﺎ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﺷﺮﺍﻳﻂ ﺭﺍﻫﺒﺮﻱ ﺗـﺼﻔﻴﻪﺧﺎﻧـﻪ ﻭ ﺍﺭﺗﻘـﺎﻱ ﮐﻴﻔﻴـﺖ ﭘـﺴﺎﺏ ﺧﺮﻭﺟﻲ ﺍﺯ ﻃﺮﻳﻖ ﻓﻴﻠﺘﺮﺍﺳﻴﻮﻥ ﺷﻨﻲ ﺗﺤﺖ ﻓﺸﺎﺭ ﻭ ﺑﺎ ﺍﺻﻼﺡ ﺩﺍﻧﻪﺑﻨﺪﻱ بستر فیلتر برای کاهش TSS، سیستم uv گزینهﺍﻱ ﻗﺎﺑﻞ ﺭﻗﺎﺑﺖ ﺑـﺎ ﮐﻠﺮﺯﻧﻲ ﺑﻪﻣﻨﻈﻮﺭ ﮔﻨﺪﺯﺩﺍﻳﻲ ﻭ ﺑﺎﺯﻳﺎﺑﻲ ﺣﺠﻢ ﻋﻈﻴﻢ ﭘﺴﺎﺏ ﺩﺭ ﻣﺼﺎﺭﻑ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﻪﺧﺼﻮﺹ ﺁﺑﻴﺎﺭﻱ ﺯﻣﻴﻦﻫﺎﻱ ﮐﺸﺎﻭﺭﺯﻱ ﭘﺎﻳﻴﻦ ﺩﺳﺖ ﺗﺼﻔﻴﻪﺧﺎﻧﻪ ﻣﺤﺴﻮﺏ ﻣﻲﺷﻮﺩ.
عابدی کوپایی و همکاران (1391) ﺭﻭشﻫﺎﻱ ﻣﺨﺘﻠﻔـﻲ ﺑـﺮﺍﻱ ﺑﻬﺒـﻮﺩ ﮐﻴﻔﻴـﺖ ﺁﺏﻫﺎﻱ ﻧﺎﻣﺘﻌﺎﺭﻑ ﻭﺟﻮﺩ ﺩﺍﺭﺩ ﮐﻪ ﺩﺭ ﺑﻴﻦ آن‌ها رﻭﺵ ﻓﻴﻠﺘﺮﺍﺳﻴﻮﻥ ﻳﮏ ﺭﻭﺵ ﮐﺎﺭﺁﻣﺪ ﻭ ﻣﺆﺛﺮ ﺩﺭ ﺣﺬﻑ ﻋﻨﺎﺻـﺮ ﺑـﻮﺩﻩ ﺍﺳـﺖ. ﺩﺭ ﺳﺎﺧﺘﻦ ﻓﻴﻠﺘﺮ ﻣﻬمترین ﻗﺴﻤﺖ ﺍﻧﺘﺨﺎﺏ ﺟﺎﺫﺏ ﺍﺳﺖ. ﺩﺭ این ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺍﺯ ﺗﺮﺍﺷﻪﻫﺎﻱ ﻻﺳﺘﻴﮑﻲ ﺑﻪعنوان جاذب استفاده شده است. ﻧﺘﺎﻳﺞ ﻧـﺸﺎﻥ ﺩﺍﺩ ﻛﻪ ﺣـﺬﻑ عناﺻـﺮ ﺑـﻪ ﻋﻮﺍﻣـﻞ ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﭼﻮﻥ ﺯﻣﺎﻥ ﺗﻤﺎﺱ ﺟﺎﺫﺏ ﺑﺎ ﻣﺤﻠﻮﻝ ﻭ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﻣﺎﺩﻩ ﺟﺎﺫﺏ ﺑﻪ ﻛﺎﺭ ﺑﺮﺩﻩ ﺷﺪﻩ (ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻓﻴﻠﺘﺮ) ﺑﺴﺘﮕﻲ دارد. ﺑـﺎ ﺍﻓـﺰﺍﻳﺶ ﺯﻣـﺎﻥ ﺗﻤﺎﺱ، ﻣﻴﺰﺍﻥ ﺟﺬﺏ ﺍﻓﺰﺍﻳﺶ ﻳﺎﻓﺘـﻪ ﻭ ﺳـﺒﺐ ﻛـﺎﻫﺶ ﺑﻴـﺸﺘﺮﻱ ﺩﺭ ﻏﻠﻈﺖ ﻋﻨﺎﺻـﺮ ﻣﻮﺟـﻮﺩ ﺩﺭ ﺯﻩﺁﺏ ﺧﺮﻭﺟـﻲ ﺷـﺪ. ﻫـمچنین ﺑـﺎ ﺍﻓﺰﺍﻳﺶ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻓﻴﻠﺘﺮ ﻧﻴﺰ ﺑﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺟﺬﺏ ﺍﻓﺰﻭﺩﻩ ﺷﺪ. دانشی و همکاران (1389) فیلتر شنی تک‌لایه ثقلی با محیط شن سیلیسی میتواند بطور موفقیت آمیزی برای حذف غلظتهای پایین مس مورد استفاده قرار گیرد. برای غلطتهای بالای مس یا بطور کلی جهت حذف روی در غلظتهای مختلف کارایی مطلوبی حاصل نگردید اما احتمالا در این شرایط می‌توان با استفاده از سری فیلترهای شنی دارای عمق بیشتر استفاده نمود.
مهلنگو و همکاران (2011) استفاده از زئولیت را در فیلتر شنی بررسی کردند. نتایج نشان‌دهنده راندمان حذف بالای 80 برای کلسیم، 89 برای منیزیم، 99 برای آهن، 56 برای آرسنیک، 54 برای فلوراید، 96 برای کدورت، 37 برای نیترات، و 41 درصد برای کل کربن آلی بوده است.
بنجامین و همکاران (2009) هرچند شن جاذب ارزان قیمت و در دسترسی به‌شمار می‌رود اما حذف الایندههای محلول مانند فلزات سنگین را بدلیل واکنش‌پذیری سطحی اندک محدود میکند در واقع شن قدرت جذب سطحی خیلی کمی دارد اما در ترکیب با مواد جاذب دیگر توانایی جذب آب افزایش می‌یابد.
وارا پراساد (2003) برای حذف فلزات سنگین از سیال‌های صنعتی، از ترکیبی از مواد جاذب مانند شن، سیلیکا، ذغال سنگ و اکسید آلومینیوم استفاده کردند.
متسفل و همکاران (2007) ﺗﻮﺻﻴﻪ کردند ﮐﻪ ﺍﺯ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻓﻴﻠﺘﺮﺍﺳﻴﻮﻥ ﻗﺒــﻞ ﺍﺯ واحدهای uv ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺷﻮﺩ. ﺧﻮﺩ فیلتر ﺑﻪ ﺗﻨﻬﺎﻳﻲ ﺑﺎﻋﺚ ﺣـﺬﻑ ﺍﮐﺜﺮ ﺫﺭﺍﺕ و بخشی ﺍﺯ ﭘﺎﺗﻮﮊﻥ ﻫﺎ ﻣﻲ ﺷﻮﺩ ﻭ ﺩﺭ ﻧﺘﻴﺠـﻪ ﺑﺎﺭﮔـﺬﺍﺭی سیستم uv ﮐﺎﻫﺶ میابد.
بیگ و همکاران (2001) در مطالعه‌ای، محلول‌های با غلظتهای مختلف کروم را از ستون شن عبور دادند. آن‌ها دریافتند توانایی حذف این عنصر توسط شن 89 تا 100 درصد است که این توانایی را به تمایل زیاد یون‌های کروم برای جذب به ذرات شن مرتبط دانستند.
منکل و همکاران (1991) فیلترهای شن با تکیه بر پوشش‌های بیوفیلم فعال ذارت شن و ماسه بیش از یک قرن است که برای تصفیه آب فاضلاب استقاده میشود.
شی و همکاران (2000) امروزه فیلتر شینی تاثیر خود را در از بین بردن بیش از 99 درصد نیاز اکسیژن بیوشیمیایی (BOD5) از فاضلاب فراوری پنیر نشان داده است.
احمد و همکاران در سال 2010 کارایی شن پوشیده شده با اکسید منگنز و شن بدون پوشش را در حذف برخی آلایندههای رواناب مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها نتیجه گرفتند که فیلترهای شنی پوشش داده شده کاراتر از فیلترهای شنی بدون پوشش است.
ایون و همکاران (2003) حذف چهار فلز سنگین سرب، کروم، مس، نیکل را از محلول آبی با استفاده از شن معمولی در 20 منطقه بررسی کردند. نتایج این تحقیق نشان داد که بیشترین جذب فلزات سنگین توسط شن به ترتیب سرب، کروم، مس و روی بود.
هان و همکاران (2006) در مطالعه ای که روی حذف روی و مس توسط زئولیت پوشیده شده با اکسید منگنز (mocz) انجام شد، نشان داد که mocz جاذب موثری برای حذف مس و روی می‌باشد. فلورنت پورسل و همکاران (2020) رابطه بین غلظت کل مواد معلق در لوله‌های آب در شتستشو‌های مکرر و کدورت را مورد ارزیابی قرار دادند. و ملاحظه کردند که نسبت بین کدورت و غلضت کل مواد معلق در نمونه‌ها تا چندین برابر با یکدیگر فرق دارند و آن متاثر از منشاء ذرات معلق و زمان نمونه‌گیری و روش شستشو می‌باشد.
البانا و همکاران (2012) با استفاده از یک پساب احیا شده برای ارزیابی کارایی فیلترهای ماسه با قطرهای مؤثر ماسه 32/0، 47/0، 63/0 و 64/0 میلی‌متر در کاهش کدورت و بهبود غلظت اکسیژن محلول آزمایشی انجام دادند. تأثیر شستشوی فیلترها بر کارآیی تصفیه بسته به اندازه ماسه مؤثر، باعث کاهش کدورت بین 6/59 تا 4/ 85 درصد و بهبود اکسیژن محلول از 5/4 تا 7/15 درصد شد.
مواد و روش‌ها
در این تحقیق یک مدل فیزیکی ساخته شد. این مدل فیزیکی شامل یک مخزن استوانه‌ای فلزی به ارتفاع یک متر و قطر 60 سانتی‌متر جهت جای‌گذاری دانه‌های شن و ماسه می‌باشد. یک درپوش فلزی، لوله ورودی وخروجی آب به قطر یک اینچ، لوله فلزی متخلخل به همراه توری پیچیده شده در اطراف آن در داخل و در کف مخزن از ضمایم این مدل می‌باشند، یک شیر قطع و وصل جریان در قسمت ورودی مخزن شن، یک عدد پمپ با توان 5/0 اسب بخار به منظور تامین فشار، دو عدد فشار سنج یکی قبل از ورودی به مخزن فیلتر شنی و دیگری بعد از مخزن فیلتر شن (برای تعیین افت بار هیدرولیکی در ستون فیلتر شنی) را نیز شامل است. همچنین دو مخزن آب هرکدام به حجم 150 لیتر یکی جهت تهیه آب خام با کیفیت مشخص (قبل از فیلتر شن) و دیگری جهت جمع‌آوری آب تصفیه شده از فیلتر شن (بعد از فیلتر شن) نیز وجود دارند. یک لوله فرعی انشعاب گرفته از پمپ به داخل مخزن آب جهت ایجاد تلاطم و مخلوط کردن مواد معلق موجود در آب خام (برای یکنواختی بهتر مواد معلق در مخزن ورودی آب) پیش‌بینی شده است.
· آزمایش تعیین TSS
نمونه‌های کیفیت آب گرفته شده از مخزن آب خام (ورودی) و مخزن آب تصفیه شده (خروجی) درون ظرف‌های شیشهای محکم یک لیتری، جمع آوری شد و به آزمایشگاه زهکشی گروه آبیاری و آبادانی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی کرج منتقل شد و در آن‌جا نمونه آب در ظرف‌های مخصوص یک لیتری ریخته شد و ظرف‌ها بصورت سر باز درون آون قرار گرفتند. دمای آون روی 104 درجه سانتی‌گراد تنظیم گردید تا آب نمونه‌ها بخار شود تبخیر شدن نمونه‌ها حدود 48 ساعت طول کشید. پس از تبخیر شدن آب درون ظرف‌ها، آنچه درون ظرف‌ها باقی ماند مقدار کل مواد معلق جامد بود. ظرف‌های حاوی رسوبات خشک شده، با ترازوی با دقت 001/0 گرم، وزن شدند. سپس ظرف‌ها شسته شدند و مجددا به مدت 15 دقیقه درون آون قرار داده شدند تا ظرف‌ها کاملا خشک شدند سپس مجددا ظرف‌ها وزن گردید و وزن ظرف خالی بدست آمد و در نهایت با تفاضل وزن ظرف‌ها مقدار رسوبات (مواد معلق جامد یا TSS) بدست آمد.
چون در همه تیمارها میزان رس اضافه شده به مخزن ورودی آب تقریبا یکسان و به میزان 150 (با خطای 5 گرم ) گرم در 150 لیتر آب بود لذا TSSهای به‌دست آمده از تیمار ورودی حدود یک گرم بود. ولی این مقدار برای مخزن خروجی که آب تصفیه شده را جمع‌آوری می‌کرد متفاوت بود علت این تفاوت هم به این خاطر است که تیمارهای مختلف فیلتر شن طراحی شده، مقدار متفاوتی از رس را جذب میکنند (هر تیمار مقدار خاصی رس جذب میکند) و بنابراین تصفیه‌های متفاوتی صورت می‌گیرد. به همین علت مقدار TSSهای خروجی از فیلتر متفاوت است.
· اندازه‌گیری درصد عبور نور با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر1
هدف کلی استفاده از این دستگاه در این آزمایش، به‌دست آوردن رابطه بین کل مواد جامد معلق و درصد عبور نور است. با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر نمونه‌ها مورد آزمایش قرار گرفتند و درصد عبور نور از هر نمونه به‌صورت جداگانه بدست آمد. به این صورت که ابتدا دستگاه روشن گردید سپس آب مقطر (جهت صفر کردن دستگاه یا مبنا قرار دادن جهت مقایسه نمونه‌ها)، درون لوله شیشهای کوچکی که درون دستگاه بود ریخته شد سپس ظرف شیشهای با دستمال تمیز گردید (چون در صورت وجود لکه روی این ظرف شیشهای حساس، قرائت با خطا مواجه میشود، لازم به ذکر است که علاوه بر لکه روی ظرف شیشهای، حباب‌های ریز که در هنگام ریختن آب در شیشه به وجود میآید نیز باعث شکست نور شده و قرائت با خطا روبرو میشود) در ادامه نمونه درون دستگاه قرار داده شد سپس دستگاه روی طول موج مشخص (450، 550، 750 نانومتر) هر کدام بصورت جداگانه تنظیم گردید (با آب مقطر) و درصد عبور نور تعیین شد چون دستگاه با آب مقطر صفر شد یا به تعبیر دیگر مبنا قرار گرفت پس درصد عبور نور 100 درصد و جذب نور صفر میشود). اندازه‌گیری برای هر طول موج جداگانه انجام شد، به‌عنوان مثال برای اولین بار دستگاه با طول موج 450 نانومتر (با آب مقطر) تنظیم شد سپس درصد عبور نور نمونه‌ها یک به یک در این طول موج قرائت شد. هر بار که لازم باشد طول موج عوض شود باید دستگاه با آب مقطر صفر شود بعد درصد عبور نور نمونه‌ها قرائت گردد.
· درصد عبور نور از نمونه آب ورودی و خروجی
درصد عبور نور
|
· اندازه‌گیری کل مواد جامد معلق (TSS)، کدورت و درصد تصفیه
داده‌های TSS در آزمایشگاه زهکشی گروه آبیاری و آبادانی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی کرج و داده‌های کدورت در آزمایشگاه کیفیت آب و فاضلاب البرز اندازه‌گیری شدند.
یافته‌های پژوهش
در این بخش نمودار‌ها و نتایج حاصل از آن‌ها آمده است.
شکل1- رابطه بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد (nm450)
شکل2- رابطه بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد (nm550)
شکل3- رابطه بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد (nm750)
تفاوت معنی‌داری بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد در طول موج‌های 450، 550 و 750 نانومتر وجود ندارد ولی می‌توان گفت بطور جزئی در طول موج 750 نانومتر بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد همبستگی بیشتری داشته و خطای کمتری وجود دارد. نتایج این آزمایش نشان داد که یک معادله درجه دوم بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد وجود دارد که این معادله از نمودار شکل 3 که همبستگی بیشتری بین داده‌ها را نشان میدهد به‌عنوان معادله اصلی معرفی میشود. که در این رابطه x مواد معلق جامد (TSS) و y درصد عبور نور می‌باشد.
شکل4- رابطه بین درصد عبور نور و کدورت آب (nm450)
شکل 5- رابطه بین درصد عبور نور و کدورت آب (nm550)
شکل6- رابطه بین درصد عبور نور و کدورت آب (nm750)
با توجه به روابط بدست آمده از نمودارهای بالا، رابطه بین درصد عبور نور و کدورت آب یک رابطه غیرخطی درجه دوم به‌دست آمد. همان‌طور که مشاهده میشود در طول موج 450 نانومتر بین کدورت و درصد عبور نور همبستگی بیشتر و خطای کمتری وجود دارد. نتایج این آزمایش نشان داد که یک معادله درجه دوم بین کدورت و درصد عبور نور آب وجود دارد که این معادله از نمودار شکل6 که همبستگی بیشتری بین داده‌ها وجود دارد به‌عنوان معادله اصلی معرفی میشود. که در این رابطه x درصد عبور نور و y کدورت آب می‌باشد.
با توجه به داده‌های حاصل از کدورت و کل مواد جامد معلق، یک رابطه خطی بین کدورت و کل مواد معلق جامد مطابق نمودار زیر به‌دست آمد (شکل7).
شکل 7- رابطه بین کدورت آب و کل مواد معلق جامد
با توجه به معادله حاصل از شکل 7، رابطه بین کل مواد معلق جامد و کدورت آب یک رابطه خطی با عرض از مبدا 68/1 می‌باشد. بنابراین با افزایش مقدار کل مواد معلق جامد (رس) در آب، کدورت آب با ضریب 242/6 افزایش می‌یابد. این ضریب فقط برای مواد معلق جامد رس است و برای سایر موادی که باعث گرفتگی قطره چکان‌ها میشود ضرایب متفاوتی بدست میآید.
|
بحث و نتیجه‌گیری
نتایج نشان میدهد در طول موج 750 نانومتر بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد در آب، همبستگی بیشتری داشته و خطای کمتری وجود دارد. و یک معادله درجه دوم بین درصد عبور نور و کل مواد معلق جامد وجود دارد. همچنین در طول موج 450 نانومتر بین کدورت و درصد عبور نور همبستگی بیشتر و خطای کمتری وجود دارد. و رابطه بین کدورت و درصد عبور نور آب یک معادله درجه دوم است. در این تحقیق یک رابطه خطی بین کل مواد معلق جامد و کدورت آب با ضریب تبیین 997/0 به‌دست آمد و ضرایب معادله مشخص میکند که با افزایش مقدار کل مواد معلق جامد در آب، کدورت آب با شیب زیادی افزایش می‌یابد.
فیلترهای مورد آزمایش در این تحقیق ارزیابی شدند. فیلترهای که مقادیر مواد معلق جامد خروجی آن‌ها به ازای کیفیت‌های مختلف آب ورودی کمتر از 50 میلیگرم بر لیتر هستند به‌عنوان فیلتر بهینه انتخاب میشوند و فیلترهای که مقادیر مواد معلق جامد خروجی آن‌ها به ازای کیفیت‌های مختلف آب، بین 50 تا 100 میلیگرم بر لیتر هستند، نسبتا مناسبند و فیلترهایی که مقادیر مواد معلق جامد در خروجی آن‌ها بیشتر 100 میلیگرم بر لیتر باشد فیلتر نامناسب محسوب میشوند.
منابع
اطلسی، باهر. بررسی تاثیر کاربرد فیلتر شنی بر افزایش عملکرد سیستم اسمز معکوس در تصفیه آب. کارشناسی‌ارشد، دانشگاه تهران، 1391؛ 163 صفحه.
امين محمدمهدي، هاشمي حسن، ابراهيمي افشين، بينا بيژن، موحديان عطار حسين، جابري اديب، صفاري حسين، موسويان زهرا، «کاربرد سیستم تلفیقی فیلتراسیون و اشعه فرابنفش در گندزدایی پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شمال اصفهان در مقیاس پایلوت، مجله آب و فاضلاب، تابستان1390، جلد22، شماره 2.
دانشی نواب، بانژاد حسین، پیرتاج همدانی رضا، فرجی هوشنگ. تاثیر فیلتر تند شنی بر کارایی حذف فلزات مس و روی در حضور غلظتهای متفاوت فسفات. سلامت و محیط زیست. ۱۳۸۹; ۳ (۳) :۲۷۱-۲۸۰
ضوابط و معیارهای فنی آبیاری تحت فشار. 1383. سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، دفتر انتشارات علمی و مدارک تخصصی. شماره 286.
عابدی کوپایی، جهانگیر و همکاران، «بررسی کارایی فیلترهای شنی حاوی تراشه‌های لاستیک در پوشش زه‌کش‌های زیرزمینی، مجله علوم و فنون کشاورزي و منابع طبيعي، علوم آب و خاک، زمستان1391، جلد16، شماره 64.
فروغی، مریم؛ حاجیان‌نژاد، مهدی؛ پورزمانی، حمیدرضا؛ نوری‌مطلق، زهرا؛ هاشمی، حسن؛ «بررسی کارایی فیلتر شنی پوشیده شده با اکسید منگنز در حضور میدان مغناطیسی در بهبود کیفیت رواناب‌های شهری، مجله بهداشت و توسعه، تابستان95، جلد1، شماره 4.
Ahammed, M.M. and Meera, V., 2010. Metal oxide/hydroxide-coated dual-media filter for simultaneous removal of bacteria and heavy metals from natural waters. hazardous materials, vol. 181, pp.788-793.
Awan, M.A., Qazi, I.A. and Khalid, I., 2003. Removal of heavy metals through adsorption using sand. Environmental Sciences, vol. 15, pp.413-416.
Benjamin, M. M., and Sletten, R. S. 2002. Metals treatment at superfund sites by adsorptive filtration, Bulletin of Environmental Engineering and Sciences University of Washington, EPA/540/F-92/008.
Baig, M.A., Mehmood, B., & Matin, A. 2001. Removal of chromium from industrial effluents by sand filtration. Environmental Engineering and sciences university of Washington, pp.1579-1588.
Clark, G.A. 1992. drip irrigation management and scheduling for vegetable production. by drip irrigation. Agricultural Water Management, vol. 68, pp. 135-149.
Capra, A. and Scicolone, B., 1998. Water quality and distribution uniformity in drip/trickle irrigation systems. Agricultural Engineering Research, vol. 70, pp.355-365
Elbana, M., de Cartagena, F.R. and Puig-Bargués, J., 2012. Effectiveness of sand media filters for removing turbidity and recovering dissolved oxygen from a reclaimed effluent used for micro-irrigation. Agricultural Water Management, vol. 111, pp.27-33.
Florent pourcel,Sophie Duchesne and Maxim Ouellet. 2020. Evolution of the relationship between Total Suspended Solid concentration and turbidity during flushing sequences of water pipes.Journal of water supply:Research and Technology.in press 2020.
Han, J.Y., Kwon, Y.S., Yang, D.C., Jung, Y.R. and Choi, Y.E., 2006. Expression and RNA interference-induced silencing of the dammarenediol synthase gene Panax ginseng. Plant and cell physiology, vol. 47, pp.1653-1662.
Metcalf and Eddy, Inc, Asano, T., Burton, F.L., Leverenz, H., Tsuchihashi, R. and Tchobanoglous,
[1] - Spectrophotometer
G., 2007. Water reuse. McGraw-Hill Professional Publishing.
Mahlangu, T.O., Mpenyana-Monyatsi, L., Mamba, B.B. and Momba, M.N.B., 2011. A simplified cost-effective biosand filter (BSFZ) for removal of chemical contaminants from water. J. Chem. Eng. Mater. Sci, vol. 2, pp.156-167.
Mancl, K.M. and Peeples, L.A., 1991. One hundred years later. Reviewing the work of the Massachusetts state board of health on the intermittent sand filtration of wastewater from small communities. In the 6 th National Symposium on Individual and Small Community Sewage Systems, Chicago, IL, USA, 12/16-17/91 (pp. 22-30).
Nakayama, F.S. and Bucks, D.A., 1981. Emitter clogging effects on trickle irrigation uniformity. Transactions of the ASAE, vol. 24, pp.77-0080.
Oron, G., Campos, C., Gillerman, L. and Salgot, M., 1999. Wastewater treatment, renovation and reuse for agricultural irrigation. small communities. Agricultural water management,vol. 38, pp.223-234.
Ravina, I., Paz, E., Sofer, Z., Marm, A., Schischa, A., Sagi, G., Yechialy, Z. and Lev, Y., 1997. Control of clogging in drip irrigation with stored treated municipal sewage effluent. Agricultural Water Management, vol. 33, pp.127-137.
Shi, W.X., Pun, C.L., Zhang, X.X., Jones, M.D. and Bunney, B.S., 2000. Dual effects of D-amphetamine on dopamine neurons mediated by dopamine and nondopamine receptors. Neuroscience, vol. 20, pp.3504-3511.
Tal, A., 2016. Rethinking the sustainability of Israel's irrigation practices in the Drylands. Water research, vol. 90, pp.387-394.
Trooien, T.P. and Hills, D.J., 2007. 9. Application of biological effluent. In Developments in Agricultural Engineering, Vol. 13, pp. 329-356.
Wen‐Yong, W., Yan, H., Hong‐Lu, L., Shi‐Yang, Y. and Yong, N., 2015. Reclaimed water filtration efficiency and drip irrigation emitter performance with different combinations of sand and disc filters. Irrigation and drainage, vol. 64(3), pp.362-369.
Zhou, B., Zhou, H., Puig-Bargués, J. and Li, Y., 2019. Using an anti-clogging relative index (CRI) to assess emitters rapidly for drip irrigation systems with multiple low-quality
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، پاییز و زمستان 98 47
