نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

مقایسه کارایی تصفیه آب فیلترهای شنی عمودی و افقی در سیستم آبیاری قطره‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده کشاورزی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران.
3 دانشجوی دکترا آبیاری و زهکشی / گروه آبیاری و آبادانی دانشکده مهندسی و فناورزی کشاورزی دانشگاه تهران، کرج، ایران.
4 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه، تهران، کرج، ایران
چکیده
به دلیل کمبود منابع آب باکیفیت بالا در بسیاری موارد چاره‌ای جز استفاده از آب‌های با کیفیت کم و یا نامتعارف وجود ندارد. روش فیلتراسیون یک روش کارآمد و مؤثر در حذف آلاینده‌ها است.برای مقایسه میزان تصفیه آب در فیلتر عمودی و افقی دو مدل فیزیکی از فیلتر عمودی و افقی در آزمایشگاه گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران ساخته شد. برای این کار، سه لایه جاذب شامل شن، زئولیت و پوسته برنج استفاده شد. میزان تصفیه برای سه محلول آلوده به نیترات، شوری و کل مواد جامد معلق هر محلول در دو غلظت مختلف اندازه‏ گیری شد. برای هر غلظت از آلودگی دو نمونه تصفیه‌شده در دو زمان 5 و 10 دقیقه گرفته شد تا روند تصفیه در طول زمان هم مشخص شود. برای مقایسه میزان تصفیه فیلتر عمودی و افقی و مشاهده معنی‌دار بودن تفاوت میزان‌های تصفیه از آزمون t در نرم افزار SPSS استفاده شد. نتایج نشان داد که میزان تصفیه نیترات با غلظت‌های 36.72 و 59.08 میلی‌گرم بر لیتر و در زمان‌های 5 و 10 دقیقه به ترتیب، در فیلتر عمودی 6.99، 9.25 و 7.72، 7.13 درصد و در فیلتر افقی 3.18، 8.21 و 8.36، 5.70 درصد به دست آمد. برای EC میزان تصفیه در دو هدایت الکتریکی 6.31 و 11.02 دسیزیمنس بر متر و دو زمان برای فیلتر عمودی 5.39، 2.54 و 5.26 و 2.18 درصد و فیلتر افقی 4.12، 1.90 و 2.99، 1.54 درصد اندازه‌گیری شد. میزان تصفیه مواد معلق جامد برای دو محلول حاوی مواد معلق جامد با غلظت 0.75 و 1.5 گرم بر لیتر و در دو زمان میزان تصفیه فیلتر عمودی 48.93، 43.87 و 73.20، 80.25 درصد و میزان تصفیه فیلتر افقی 29.66، 38.40 و 61.31، 67.05 درصد به دست ‌آمد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد؛ تفاوت معنیداری در تصفیه نیترات، EC و TSS بین فیلتر عمودی و افقی وجود ندارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Comparison of Water Purification Efficiency of Vertical and Horizontal Sand Filters in Drip Irrigation System

نویسندگان English

Saeed khedmati 1
Farhad mirzaei 2
Morteza Khoshsimaie chenar 3
Hossein Golshani 4
1 M. Sc. Student, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture, Collage M. Sc., Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture, Collage of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Associate Professor, Irrigation and reclamation engineering of university of tehran
3 PhD student in Irrigation and Drainage / Department of Irrigation and Reclamation Engineering, faculty of Agricultural Engineering & Technology, university of tehran, karaj, iran.
4 M. Sc. Student, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources University, Tehran, Karaj, Iran
چکیده English

Due to the lack of highquality water resources, in many cases there is no other choice but to use lowquality or unconventional water. The filtration method is an efficient method for removing pollutants. For compare the amount of water purification in vertical and horizontal filters, two models of vertical and horizontal filters were made in Department of Irrigation and Development Engineering, University of Tehran.Three absorbent layers including sand, zeolite and rice husk were used. The purification rate was measured for three solutions contaminated with nitrate, salinity and TSS of each solution at two different concentrations. For each concentration of contamination, two purified samples were taken at two times of 5 and 10 minutes to determine the purification process over time. t-test was used in SPSS software to compare the filtration rate of vertical and horizontal filter and to observe the significance of the difference in filtration rates. The results showed that the amount of nitrate purification with concentrations of 36.72 and 59.08 mg/liter and at times of 5 and 10 minutes, respectively, in the vertical filter was 6.99, 9.25 and 7.72, 7.13% and in the horizontal filter was 3.18, 8.21 and 8.36, 5.70%. For EC, the filtration rate in two electrical conductivities is 31.6 and 11.02 dS/m and in two times for vertical filter 5.39, 2.54 and 5.26, 2.18% and horizontal filter 12. 4, 1.90 and 2.99, 1.54% were measured. The filtration rate of TSS for two solutions containing TSS with concentrations of 0.75 and 1.5 g/l and at two times were checked and the filtration rate of the vertical filter was 48.93, 43.87 and 73.20, 80.25% and the horizontal filter purification rate was 29.66, 38.40 and 61.31, 67.05%. Finally, the obtained results showed; There is no significant difference in nitrate, EC and TSS purification between vertical and horizontal filters.

کلیدواژه‌ها English

Electrical Conductivity
Nitrate
Total Suspended Solids
Treatment Efficiency
اخوان، ک.، شاه‌نظری، ع. و یارقلی، ب. 1396. ارزیابی قابلیت فیلترهای زیستی برای تصفیه زهاب کشاورزی مطالعۀ موردی: شبکۀ آبیاری و زهکشی مغان (یادداشت تحقیقاتی). تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، 18(69): 144-135.
اصفهانی، ع. و شامحمدی حیدری، ز. 1390. حذف منگنز از محیط آبی با زئولیت طبیعی و سدیمی شده. محیط‌شناسی، 37(58): 104-97.
رجا، ا.، میرزایی شیرکوهی، ف. و شهریاری، ا. 1400. بررسی ضخامت فیلتر شنی بر تصفیه آب در آبیاری قطره‌ای. مدیریت آب و آبیاری، 11(1): 86-73.
سلیمانی، م.، انصاری، آ.، حاج‌عباسی، م. ع. و عابدی، ج. 1387. بررسی حذف نیترات و آمونیم از آب‌های زیرزمینی با استفاده از فیلترهای کانساری. آب و فاضلاب، 67(1): 26-18.
شاهنظری، ع. و جعفری تلوکلایی، م. 1397. ارزیابی امکان تصفیه زه‌آب کشاورزی با استفاده از فیلترهای زیستی در محدوده شبکه آبیاری و زهکشی سپیدرود. پژوهش آب در کشاورزی، 12(1): 31-41.
شکریان، ف.، سلیمانی، ک.، نعمت‌زاده، ق. و بی‌پروا، پ. 1399. بررسی مقایسه‌ای جاذب‌های زیستی در کاهش شوری آب. علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، 22(4): 66-55.
شیروانی ایچی، ح.، طباطبائی، س. ح.، قبادی‌نیا، م. و نومهناد، ن. 1400 ب. کاربرد شن – زئولیت – ژئوتکستایل به‌منظور کاهش نیترات فاضلاب و مقایسه کیفی آن با استانداردها. پژوهش‌های حفاظت آب‌وخاک، 26(2): 42-23.
شیروانی ایچی، ح.، قبادی‌نیا، م.، نورمهناد، ن. و طباطبائی، س. ح. 1400 الف. بررسی نقش فیلترهای ترکیبی شن – ژئوتکستایل – زئولیت بر برخی ویژگی‌های پساب. آب‌وخاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 35(5): 687-673.
غفاری، م.، سلطانی، ج.، اکبری، م. و رحیمی‌خوب، ع. 1394. ارزیابی فنی بهره‌برداری فیلترهای دیسکی تجهیزات فیلتراسیون در سیستم‌های آبیاری میکرو. مدیریت آب و آبیاری، 5(1): 9-1.
محمدی ساردو، ا. و یزدان‌پناه، ن. 1393. حذف برخی یون‌ها از فاضلاب با استفاده از جاذب‌های آلی و معدنی. ژئوشیمی، 3(1): 425-419.
Abdelkhalik, A., Pascual-Seva, N., Nájera, I., Giner, A., Baixauli, C. and Pascual, B. 2019. Yield response of seedless watermelon to different drip irrigation strategies under Mediterranean conditions. Agricultural Water Management. 212: 99-110.
Abdiyev, K., Azat, S., Kuldeyev, E., Ybyraiymkul, D., Kabdrakhmanova, S., Berndtsson, R., Khalkhabai, B., Kabdrakhmanova, A. and Sultakhan, S., 2023. Review of Slow Sand Filtration for Raw Water Treatment with Potential Application in Less-Developed Countries. Water. 15(11): p.2007.
Adriati, Y., Pallu, M.S., Selintung, M. and Bakri, B., 2020. Relevance between filtration rate and filter media thickness in downflow filter systems. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.  419 (1): p. 012130). IOP Publishing.
Afroze, S. and Sen, T.K., 2018. A review on heavy metal ions and dye adsorption from water by agricultural solid waste adsorbents. Water, Air, & Soil Pollution. 229: pp.1-50.
Afroze, S., Sen, T.K. and Ang, H.M., 2016. Adsorption removal of zinc (II) from aqueous phase by raw and base modified Eucalyptus sheathiana bark: Kinetics, mechanism and equilibrium study. Process Safety and Environmental Protection. 102: 336-352.
Ahmad, A., Ghazi, Z.A., Saeed, M., Ilyas, M., Ahmad, R., Khattak, A.M. and Iqbal, A., 2017. A comparative study of the removal of Cr (VI) from synthetic solution using natural biosorbents. New Journal of Chemistry. 41(19): pp.10799-10807.
Al-Qahtani, K.M., 2016. Water purification using different waste fruit cortexes for the removal of heavy metals. Journal of taibah university for science. 10(5): pp.700-708.
Amin, N.K., 2009. Removal of direct blue-106 dye from aqueous solution using new activated carbons developed from pomegranate peel: adsorption equilibrium and kinetics. Journal of hazardous materials. 165(1-3): pp.52-62.
Asim, N., Amin, M.H., Samsudin, N.A., Badiei, M., Razali, H., Akhtaruzzaman, M., Amin, N. and Sopian, K., 2020. Development of effective and sustainable adsorbent biomaterial from an agricultural waste material: Cu (II) removal. Materials Chemistry and Physics. 249: p.123128.
Awan, M.A., Qazi, I.A. and Khalid, I., 2003. Removal of heavy metals through adsorption using sand. Journal of Environmental Sciences. 15(3): 413-416.
Baig, M.A., Mehmood, B. and Matin, A., 2003. Removal of chromium from industrial effluents by sand filtration. Electron. J. Environ. Agric. Food Chem. 2(3): pp.374-379.
Ben-Ali, S., Jaouali, I., Souissi-Najar, S. and Ouederni, A., 2017. Characterization and adsorption capacity of raw pomegranate peel biosorbent for copper removal. Journal of cleaner production. 142: 3809-3821.
Beryani, A., Flanagan, K., Viklander, M. and Blecken, G.T., 2023. Performance of a Gross Pollutant Trap-Biofilter and Sand Filter Treatment Train for the Removal of Organic Micropollutants from Highway Stormwater (Field Study). Available at SSRN 4427892.
Burt, C. and Styles, S.W., 2007. Drip and Micro Irrigation Design and Management: For Trees, Vines, and Field Crops: Practice Plus Theory. Irrigation Training and Res.
Chen, L., Zhang, J. and Zheng, X., 2016. Coupling technique for deep removal of manganese and iron from potable water. Environmental Engineering Science. 33(4): 261-269.
Christen, E.W., Quayle, W.C., Marcoux, M.A., Arienzo, M. and Jayawardane, N.S., 2010. Winery wastewater treatment using the land filter technique. Journal of environmental management. 91(8): 1665-1673.
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. 111: 27-33.
Fitriani, N., Kusuma, M.N., Wirjodirdjo, B., Hadi, W., Hermana, J., Kurniawan, S.B., Abdullah, S.R.S. and Mohamed, R.M.S.R., 2020. Performance of geotextile-based slow sand filter media in removing total coli for drinking water treatment using system dynamics modelling. Heliyon. 6(9). e04967.
Gibb, N.P., Dynes, J.J. and Chang, W., 2017. Synergistic desalination of potash brine-impacted groundwater using a dual adsorbent. Science of the Total Environment. 593: 99-108.
Gümüş, D. and Gümüş, F., 2020. Modeling heavy metal removal by retention on Laurus nobilis leaves biomass: linear and nonlinear isotherms and design. International Journal of Phytoremediation. 22(7): 755-763.
Gupta, H. and Gogate, P.R., 2016. Intensified removal of copper from waste water using activated watermelon based biosorbent in the presence of ultrasound. Ultrasonics Sonochemistry. 30: 113-122.
Hu, Y., Wu, W., Liu, H., Huang, Y., Bi, X., Liao, R. and Yin, S., 2022. Dimensional Analysis Model of Head Loss for Sand Media Filters in a Drip Irrigation System Using Reclaimed Water. Water. 14(6): p.961.
Irimia, O.T., Tomozei, C., Panainte, M., Mosnegutu, E.F. and Barsan, N., 2013. Efficiency of filters with different filtering materials: comparative study in water treatment. Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), 12(1).
Ji, X., Zhao, C., Lv, Y., Yang, J. and Li, B., 2022. Influence of Particle Size of River Sand on the Decontamination Process in the Slow Sand Filter Treatment of Micro-Polluted Water. Water. 14(1): p.100.
Kaner, A., Tripler, E., Hadas, E. and Ben-Gal, A., 2017. Feasibility of desalination as an alternative to irrigation with water high in salts. Desalination, 416, 122-128.
Kurniawati, P., Gusrianti, R., Dwisiwi, B.B., Purbaningtias, T.E. and Wiyantoko, B., 2017, December. Verification of spectrophotometric method for nitrate analysis in water samples. In AIP Conference Proceedings. 1911 (1): AIP Publishing.
Limaa, L.A., Silvab, Y.F. and Limac, P.L.T., 2021. Iron removal efficiency in irrigation water by a zeolite added to sand media filters. Desalination and Water Treatment. 220: 241-245.
Lzhu, M. and Chen, Y., 2019, October. Study on water purification ability and permeability of different filter materials in LID-type ditch. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 356(1): 012018). IOP Publishing.
Maharana, M. and Sen, S., 2021. Magnetic zeolite: A green reusable adsorbent in wastewater treatment. Materials Today: Proceedings. 47: 1490-1495.
Maiyo, J.K., Dasika, S. and Jafvert, C.T., 2023. Slow Sand Filters for the 21st Century: A Review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 20(2):  p.1019.
Maiyo, J.K., Dasika, S. and Jafvert, C.T., 2023. Slow Sand Filters for the 21st Century: A Review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 20(2): p.1019.
Nakkeeran, E., Saranya, N., Giri Nandagopal, M.S., Santhiagu, A. and Selvaraju, N., 2016. Hexavalent chromium removal from aqueous solutions by a novel powder prepared from Colocasia esculenta leaves. International journal of phytoremediation. 18(8): 812-821.
Ngabura, M., Hussain, S.A., Ghani, W.A.W., Jami, M.S. and Tan, Y.P., 2018. Utilization of renewable durian peels for biosorption of zinc from wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering. 6(2): 2528-2539.
Nouri, H., Stokvis, B., Galindo, A., Blatchford, M. and Hoekstra, A. Y., 2019. Water scarcity alleviation through water footprint reduction in agriculture: the effect of soil mulching and drip irrigation. Science of the total environment. 653: 241-252.
Ogunlalu, O., Oyekunle, I.P., Iwuozor, K.O., Aderibigbe, A.D. and Emenike, E.C., 2021. Trends in the mitigation of heavy metal ions from aqueous solutions using unmodified and chemically-modified agricultural waste adsorbents. Current Research in Green and Sustainable Chemistry. 4: p.100188.
Özer, A. and Özer, D., 2003. Comparative study of the biosorption of Pb (II), Ni (II) and Cr (VI) ions onto S. cerevisiae: determination of biosorption heats. Journal of hazardous materials. 100(1-3): 219-229.
Puig Bargués, J., Arbat Pujolràs, G., Barragán Fernández, J. and Ramírez de Cartagena Bisbe, F., 2005. Effluent particle removal by microirrigation system filters. Spanish Journal of Agricultural Research. 3(2): 182-191.
Puig-Bargues, J., Arbat, G., Elbana, M., Duran-Ros, M., Barragán, J., De Cartagena, F.R. and Lamm, F.R., 2010. Effect of flushing frequency on emitter clogging in microirrigation with effluents. Agricultural Water Management. 97(6): 883-891.
Quemada, M., Delgado, A., Mateos, L. and Villalobos, F. J., 2016a. Nitrogen fertilization I: The nitrogen balance. In Principles of agronomy for sustainable agriculture (pp. 341-368). Springer, Cham.
Quemada, M., Delgado, A., Mateos, L., & Villalobos, F. J., 2016b. Nitrogen fertilization II: Fertilizer requirements. In Principles of agronomy for sustainable agriculture (pp. 369-380). Springer, Cham.
Ravina, I., Paz, E., Sagi, G., Schischa, A., Marcu, A., Yechiely, Z., Sofu, Z. and Lev, Y., 1995, April. Performance evaluation of filters and emitters with secondary effluent. In Microirrigation for a Changing World. Proc. 5th Int. Microirrigation Congress (pp. 244-249).
Saghaian Nejad, S., Abedi-Koupai, J., Mostafazadeh-Fard, S. and Behfarnia, K., 2018, December. Treatment of urban storm water using adsorbent porous concrete. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management. 171(6): 328-334. Thomas Telford Ltd.
Sarı, A. and Tuzen, M., 2009. Kinetic and equilibrium studies of biosorption of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solution by macrofungus (Amanita rubescens) biomass. Journal of hazardous materials. 164(2-3): 1004-1011.
Sen, T.K., 2023. Agricultural Solid Wastes Based Adsorbent Materials in the Remediation of Heavy Metal Ions from Water and Wastewater by Adsorption: A Review. Molecules. 28(14):  p.5575.
Singh, V., Kaur, A. and Gupta, N.C., 2020. Comparative analysis of the filtration potential of light greywater through various media. Malaysian Journal of Science. 159-172.
Singha, B. and Das, S.K., 2013. Adsorptive removal of Cu (II) from aqueous solution and industrial effluent using natural/agricultural wastes. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 107: 97-106.
Taheri-Sodejani, H., Ghobadinia, M., Tabatabaei, S.H. and Kazemian, H., 2015. Using natural zeolite for contamination reduction of agricultural soil irrigated with treated urban wastewater. Desalination and Water Treatment. 54(10): 2723-2730.
Taşar, Ş., Kaya, F. and Özer, A., 2014. Biosorption of lead (II) ions from aqueous solution by peanut shells: Equilibrium, thermodynamic and kinetic studies. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2(2): 1018-1026.
Townend, J., 2013. Practical statistics for environmental and biological scientists. John Wiley & Sons.
Tuyen, N.T.K., Nhan, D.N.T., Nhat, T.T., An, N.T. and Long, N.Q., 2017, September. Removal of copper (II) ion from aqueous solution using zeolite Y synthesized from rice husk ash: Equilibrium and kinetic study. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1878, No. 1). AIP Publishing.
UNESCO, U. W., 2020. United Nations World Water Development Report 2020: Water and Climate Change, Paris, UNESCO.
Wakeman, R., 2007. Filter media: Testing for liquid filtration. Filtration & Separation. 44(3): 32-34.
Wang, J., Dong, Z., Qiu, Q., Zhou, H. and Deng, K., 2019, November. Research on the technique of multistage functional filtration to repair black and odorous water. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 384, No. 1, p. 012059). IOP Publishing.
Yazdanbakhsh, M., Tavakkoli, H. and Hosseini, S.M., 2011. Characterization and evaluation catalytic efficiency of La0. 5Ca0. 5NiO3 nanopowders in removal of reactive blue 5 from aqueous solution. Desalination. 281: 388-395.
Zaidi, N.M., Lim, L.B.L. and Usman, A., 2018. Enhancing adsorption of Pb (II) from aqueous solution by NaOH and EDTA modified Artocarpus odoratissimus leaves. Journal of environmental chemical engineerin. 6(6): 7172-7184