اثر گونه های یونی بر پتانسیل خوردگی و رسوب گذاری آب آشامیدنی شبکه توزیع ‏آب روستایی اقلیم های مختلف استان کرمانشاه، ایران ‏

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آموزشی علوم و مهندسی خاک، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

2 گروه آموزشی علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.

3 گروه آموزشی گروه شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

10.22034/nawee.2025.554328.1173
چکیده
پدیده‌های خوردگی و ‏رسوبگذاری آب‌ از عواملی هستند که بر کیفیت شیمیایی آب تأثیر می‌گذارند. بر اساس مقیاس ‏جهانی پتانسیل خوردگی آب در اقلیمهای خشک کمتر از اقلیمهای مرطوب است. هدف از این ‏مطالعه بررسی تأثیر نوع آب و گونههای یونهای موجود در آب بر پتانسیل خوردگی و ‏رسوبگذاری آب آشامیدنی شبکه توزیع روستایی در اقلیمهای مختلف استان کرمانشاه در ‏سالهای 96-87 بود. ‏

مواد و روش‌ها: اطلاعات آب مناطق روستایی برای محاسبه متداولترین ‏شاخصهای پتانسیل خوردگی و رسوبگذاری آب مورد استفاده قرار گرفتند. نوع آب و گونه‌بندی یونهای موجود در آب به ترتیب با نرم‌افزارهای ‏AqQa‏ و ‏Visual MINTEQ‏ تعیین شد.‏

نوع آب در تمامی مناطق اقلیمی مورد مطالعه یکسان ‏‏(کلسیمی- بیکربناتی) تعیین شد، شاخصهای پتانسیل خوردگی و رسوبگذاری آب ‏گونههای یون‌های موجود در نمونههای آب بین اقلیم های مورد مطالعه اختلاف معنیداری ‏‏(‏p<0.001‎‏) نشان دادند. در اقلیم نیمه‌خشک گرم شاخصهای ‏LSI‏ و ‏AI‏ بیشتر و شاخصهای ‏RSI‏ ‏و ‏PSI‏ کمتر از سایر اقلیمها بود. در اقلیم نیمه‌مرطوب معتدل، کمترین مقدار شاخصهای ‏LSI‏ و ‏AI‏ و بیشترین مقدار شاخصهای ‏RSI‏ و ‏PSI‏ نسبت به سایر اقلیم‌ها به دست آمد. براساس گونه-‏بندی یون‌ها در آب، کلسیم و منیزیم بیشتر به‌صورت گونه آزاد و سپس ترکیب با سولفات و بی-‏کربنات حضور داشتند.‏

پتانسیل خوردگی کمتر و ‏رسوب‌گذار بودن بیشتر آب در اقلیم های خشک و گرم و نیمه‌خشک گرم نسبت سایر اقلیم‌ها به ‏دلیل درصد گونههای آزاد بیشتر یون‌های کلسیم و منیزیم در این دو اقلیم بود. پتانسیل خوردگی آب در اقلیم نیمه‌مرطوب معتدل بیشتر از سایر ‏اقلیم‌ها به دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Effect of Ionic Species on Drinking Water’s Corrosion and Scaling ‎Potential of Rural Water Distribution Network in Different Climate Zones of ‎Kermanshah Province, Iran‎

نویسندگان English

Zahra Eskandari 1
Akram Fatemi 1
Mahboubeh Zarabi 2
Mohammad Bagher Gholivand 3
1 Department of Soil Science, Agriculture and Natural Resources Campus, Razi University, Kermanshah, Iran.
2 Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Malayer University, Malayer, Iran.
3 Department of Analytical Chemistry, Faculty of Sciences, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده English

Objective: Corrosion can damage pipelines and release harmful substances into drinking water, thereby reducing water quality. Various factors influence water corrosivity, including water chemistry (pH, alkalinity, dissolved oxygen, and total dissolved solids), hydraulic conditions (such as temperature and flow velocity), surrounding environmental conditions (soil), climate, and pipe material. This study aimed to investigate the effects of water type and ionic speciation on the corrosion and scaling potential of drinking water in rural distribution networks across different climatic zones of Kermanshah Province, Iran, during 1999–2018.
Methods:Water quality data from rural areas in five climatic zones—cold semi-dry, warm semi-dry, warm and dry, cold Mediterranean, and moderate humid—were used to calculate the most common corrosion and scaling indices. These included the Langelier Saturation Index (LSI), Ryznar Stability Index (RSI), Aggressive Index (AI), Puckorius Scaling Index (PSI), and Larson–Skold Index (L-SI). Water type and ionic speciation were determined using AqQA and Visual MINTEQ software, respectively.
Results:Although the Piper diagram showed that the water type in all climatic zones was similar (calcium–bicarbonate, Ca–HCO₃), the corrosion and scaling indices, as well as ionic speciation, showed significant differences among the studied climatic zones (p < 0.001).In the warm semi-dry climate, LSI and AI values were higher, whereas RSI and PSI values were lower than in the other climatic zones. In the moderate humid climate, the lowest LSI and AI values and the highest RSI and PSI values were observed.
Ionic speciation analysis showed that calcium and magnesium were predominantly present as free ionic species, followed by complexes with sulfate and bicarbonate.
Conclusions: Lower corrosion potential and higher scaling tendency in warm and dry and warm semi-dry climates were attributed to the higher proportion of free calcium and magnesium ions in these climates.Consequently, water in the moderate humid climate exhibited greater corrosion potential than water in the other climatic zones.

کلیدواژه‌ها English

Langelier Saturation Index ‎‎(LSI)
‎ ‎ Ryznar Stability Index (RSI)
‎ ‎ Puckorius Scaling Index (PSI)
‎ ‎ Aggressive Index (AI)
‎ Larson–Skold Index (L-SI)‎
جهانگیری راد، مهسا؛ و رفیعی، محمد (1400). بررسی علل تشکیل رسوب در خطوط توزیع آب استان سمنان و راهکارهای جلوگیری از تشکیل آن. سلامت و محیط زیست، 14(3)، 499-516.
حسنی، امیرحسام.، ستاره، پرستو.، جاوید، امیرحسین.، و زینتی زاده، علی اکبر (1399). کاربرد نرم افزار AqQA در بررسی کیفیت و تعیین مشخصات شیمیایی منابع آب زیرزمینی (مطالعه روستاهای دشت سنقر, کرمانشاه). علوم و تکنولوژی محیط زیست، 22(2 (پیاپی 93))، 117-126.
رضوانی، علی.، محمدپور، سمیرا.، اسداللهی، حسین (1403). ارزیابی کیفی آب شرب و پتانسیل خوردگی و رسوب­گذاری آن در شبکه توزیع (مطالعه موردی: آب شرب شهر اسفدن)” (2024) توسعه پایدار و ساختمان هوشمند، 1(1)، 72-82.
شیرود عیسی، نیکو.، گنجی، علیرضا.، مقیمی کندلوس، علی.، حکیمی آسیابر، سعید (1402). ارزیابی هیدروژئوشیمیایی حوضه آبریز چشمه کیله با استفاده از نرم افزارهای ArcGIS و AqQA، مقایسه موردی دو زیرحوضه دوهزار و سه هزار. پژوهشهای دانش زمین، 14(4)، 41-21.
صالحی سروک، عبدالحسین؛ المدرسی، علی؛ میرحسینی، سیدابوالقاسم؛ شیشه بر، مسعود؛ جمالی، علی اکبر و کنگازیان، عبدالحسین (1400). بررسی عوامل تشکیل رسوب در شبکه توزیع آب شرب شهر سوق و رابطه آن با خواص آب. آب و فاضلاب، 32(1)، 106-124.  
 علیدادی، حسین.، توکلی ثانی، سیده بلین.، ظریف قرائتی افتاده، بتول.، تفقدی، محمد.، شمس زاده، سید حسین.، فخاری، مریم.، نوائی فیض ابادی، علی اصغر.، یزدانی، محسن (1397). پتانسیل خوردگی و رسوب گذاری در شبکه توزیع آب آشامیدنی: مطالعه موردی شهر مشهد، 1396. مجله پژوهش در بهداشت محیط، 4(4): 272-282.  
عباسی مقدم، حمیدرضا.، قره محمدلو، مجتبی.، جندقی، نادر.، حشمت پور، علی.، و سید، مصطفی (1400). هیدروشیمی و کیفیت آب رودخانه دوغ کلاله با استفاده از روش های گرافیکی, تحلیل خوشه ای و شاخص های کیفی. مهندسی منابع آب، 14(49)، 13-29.
غنی­زاده، قادر.، قانعیان، محمد تقی (1401). پتانسیل خوردگی و رسوب گذاری آب آشامیدنی در سیستم های آب رسانی مراکز نظامی.  طب نظامی، 11(3): 160-155.
قره محمودلو، مجتبی.، شیرزادنیا، جواد (1402). ارزیابی و مقایسه کیفیت منابع آبی چشمه و چاه از نظر قابلیت شرب و آبیاری (مطالعه موردی: شرق دشت گرگان.  رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، 2(1)، 47-66.
قره محمودلو، مجتبی.، صیادی، مریم (1404). کاربرد نسبت‌های یونی و اندیس‌های اشباع در تفسیر فرآیندهای هیدروشیمیایی رودخانه اوغان، استان گلستان. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، doi: 10.22034/nawee.2024.465612.1092
کمیته ملی استاندارد غذا و کشاورزی (1388). مشخصات فیزیکی و شیمیایی آب آشامیدنی(ICS:13.60.20)، استاندارد 1053-الف، موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، تهران، ایران.
مهماندوست، حسنی، امیرحسام.، احمدپناهی، همایون و پوررجب (1397). بررسی پتانسیل و علل خورندگی یا رسوب گذاری منابع آب شرب روستاهای شهرستان ورامین و تهیه مدل پراکنش آن در سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS . فصلنامه زمین شناسی محیط زیست، 12(42)، 71-85.
ندیمی، حجت اله.، آبادی، احمد.، زارعی، احمد.، ریاحی منش، فروغ.، سالاری، مهدی (1403). بررسی شاخص­های خوردگی و رسوب­گذاری آب آشامیدنی در روستاهای شرق کاخک. مهندسی بهداشت محیط، 11(4)، 394-405.
هنربخش، افشین.، سوری، محمد مهدی.، استواری، یاسر (1397). ارزیابی کیفی و تهیه نقشه‌های پتانسیل‌های خوردگی و رسوب‏گذاری آب زیرزمینی مرودشت.  محیط زیست و مهندسی آب، 4(3)، 229-240.     
Abbassimoghadam, H., G Mahmoodlu, M., Jandaghi, N., Heshmatpour, A., Seyed, M., 2021. Hydrochemistry and water quality of Kalaleh Doogh River using graphical methods, cluster analysis, and quality indices. Water Resources Engineering14(49), 13-29. (In Persian).
Abbasnia, A., Alimohammadi, M., Mahvi, A. H., Nabizadeh, R., Yousefi, M., Mohammadi, A. A., Pasalari, H., Mirzabeigi, M., 2018. Assessment of groundwater quality and evaluation of scaling and corrosiveness potential of drinking water samples in villages of Chabahr City, Sistan and Baluchistan Province in Iran. Data in Brief, 16, 182-192.
Aghazadeh, N., Chitsazan, M., Golestan, Y., 2017. Hydrochemistry and quality assessment of groundwater in the Ardabil Area, Iran. Applied Water Science, 7, 3599-3616.
Alidadi, H., Tavakoli Sani, S. B., Zarif Gharaati Oftadeh, B., Tafaghodi, M., Shams Zadeh, S. H., Fakhari, M., Navaei Fezabady, A. A., Yazdani, M., 2019. Corrosion and scaling potential in drinking water distribution system: a case study of Mashhad, 2017. Journal of Research in Environmental Health, 4, 272-282.
Allison, J. D., Brown, D. S., Novo-Gradac, K. J., 1991. MINTEQA2/PRODEFA2, A geochemical assessment model for environmental systems: Version 3.0 User's Manual, Environmental Research Laboratory, Office of Research and Development, US.
Alsaqqar, A. S., Khudair, B. H., Ali, S. K., 2014. Evaluating water stability indices from water treatment plants in Baghdad City. Journal of Water Resource and Protection, 6, 1344.
Avilés, A., Rodero, J., Amores, V., De Vicente, I., Rodríguez, M. I., Niell, F. X., 2006. Factors controlling phosphorus speciation in a Mediterranean Basin (River Guadalfeo, Spain). Journal of Hydrology, 331, 396-408.
Cornejoa, L., Lienqueob, H., Vilcab, P., 2019. Hydro-Chemical Characteristics, Water quality assessment and water relationship (HCA) of the Amuyo Lagoons, Andean Altiplano, Chile. Desalination and Water Treatment, 153, 36-45.
Ekwere, A., Edet, A. 2012., Distribution and chemical speciation of some elements in the ground waters of Oban area (South-Eastern Nigeria). Research Journal of Environmental and Earth Sciences, 4, 207-214.
Eslami, H., Ayeneh Heidari, F., Salari, M., Esmaeili, A., Nassab Hosseini, A., Dolatabadi, M., 2022. Investigation of corrosion and scaling potential in drinking water in Rafsanjan, Iran. Journal of Environmental Health and Sustainable Development, 7, 1623-1631.
Esmaeili-Vardanjani, M., Rasa, I., Amiri, V., Yazdi, M., Pazand, K., 2015. Evaluation of groundwater quality and assessment of scaling potential and corrosiveness of water samples in Kadkan Aquifer, Khorasan-E-Razavi Province, Iran. Environmental Monitoring and Assessment, 187, 53.
Fatemi, A., 2015. Long-Term assessment of water quality and soil degradation risk via hydrochemical indices of Gharasoo River, Iran. Journal of Applied Research in Water and Wastewater, 2, 131-136.
Fatemi, A., Eskandari, Z., Gholivand, M. B., Zarabi, M., 2022. Corrosion and scaling potentials of rural water distribution network in different climate zones of Kermanshah Province, Iran. Journal of Applied Research in Water and Wastewater, 9, 1-9. Https://Doi.Org/10.22126/Arww.2022.5678.1187.
Ghanizadeh Gh., Ghaneian M. T., 2022. Corrosion and precipitation potential of drinking-water distribution systems in military centers. Journal of Military Medicine, 11, 155-160.
Gharemahmoodlu,M., Shirzadnia,J., 2023. Assessment and comparison of the spring and well water resources quality for drinking and irrigation purposes (case study: east of Gorgan plain). Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment2(1), 47-66. doi: 10.22034/nawee.2023.392449.1037. (In Persian).
Gharemahmoodlu,M., Sayadi,M., 2025. Application of ionic ratios and saturation indexes in interpreting of Oqan River hydrochemical processes, Golestan Province. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, e232316 doi: 10.22034/nawee.2024.465612.1092. (In Persian).
Grover, B. P. C., 2016. Geochemical modelling of the speciation, transport, dispersal and fate of metal contaminants in water systems in the vicinity of tailings storage facilities.
Hassani, Amir Hesam., Setareh, Parastoo,. Javid, Amir Hossein., Zinatizadeh, Ali Akbar., 2020. Application software Aq. QA the Quality of Chemical Characterization of Groundwater Resources (Case study Sonqor, Kermanshah). Journal of Environmental Science and Technology, 22(2 (93) ), 117-126 (in Persian).
Helmreich, B., Hilliges, R., Schriewer, A., Horn, H., 2010. Runoff pollutants of a highly trafficked urban road–correlation analysis and seasonal influences. Chemosphere, 80, 991-997.
Honarbakhsh, A., Ostovari, Y., Mousavi, A. A., 2021. Qualitative assessment and mapping of corrosion and sedimentation potential of Marvdasht-Kharameh groundwater. Journal of Water Science & Engineering, 11, 22-7.
Jahangiri-Rad, M., Rafiee, M., 2021. Factors affecting scale formation in water distribution networks of Semnan city and preventive measures. Iranian Journal Of Health and Environment, 14, 499-516.
Khadempour, F., Shahidi, A., 2017. Qualitative assessment of surface water using the CWQI method and with the Aquachem software (Case Study: Ghain River in South Khorasan).
Mañay, N., Goso, C., Pistón, M., Fernández-Turiel, J., García-Vallés, M., Rejas, M., Guerequiz, R., 2013. Groundwater arsenic content in Raigón aquifer system (San José, Uruguay). Revista SUG Nº18, 20.
Mehmandost, A., Hasani, A., Ahmadpanahi, H., Poorrajab, R., 2018. Investigating The potential and causes of corrosion or scaling of drinking water resources in Varamin Village villages and preparation of its distribution model in GIS geographic information system. Iranian Journal of Environmental Geology, 12, 71-85.
Mirzabeygi, M., Yousefi, N., Abbasnia, A., Youzi, H., Alikhani, M., Mahvi, A. H., 2017. Evaluation of groundwater quality and assessment of scaling potential and corrosiveness of water supply networks, Iran. Journal of Water Supply: Research and Technology-Aqua, 66, 416-425.
Nadimi, H., Alahabadi, A., Zarei, A., Riahimanesh, F., Salari, M., 2024. Investigating the indicators of corrosiveness and sedimentation of drinking water in the Villages of East Kakhk. Journal of Environmental Health Engineering, 11, 394-405. (In Persian).
Nayeria, D., Mousavia, S. A., Darvishia, P., Mahmoudia, A., Nooria, E., Delavaric, S., 2019. Evaluation of water quality and stability in the drinking water distribution network: a case study in the Kermanshah city, Iran. Desalination and Water Treatment, 166, 180-185. Http://Dx.Doi.Org/10.5004/Dwt.2019.24623.
Research, I. I. F. S. A. E., 1997. Drinking water -physical and chemical specification. ICS:13.060.020. (Standard Number 1053). 5th Ed. Iran. (In Persian).
Rezvani, A., Poor, S. M., Asadollahi, H., 2024. The qualitative assessment of drinking water and its corrosion and scaling potential in urban water distribution network (case study: drinking water of Esfeden City). Sustainable Development and Smart Building Journal, 1, 72-82.
Richards, L. A., Vuachère, M., Schäfer, A. I., 2010. Impact of pH on the removal of fluoride, nitrate and boron by nanofiltration/reverse osmosis. Desalination, 261, 331-337.
Rossum, J. R., Merrill, D. T., 1983. An evaluation of the calcium carbonate saturation indexes. JournalAmerican Water Works Association, 75, 95-100.
Sajil Kumar, P. J., 2019. Assessment of corrosion and scaling potential of the groundwater in the Thanjavur District using hydrogeochemical analysis and spatial modeling techniques. SN Applied Sciences, 1, 395.
Salehi Servak, A., Almodaresi, A., Merhosaeni, S. A., Sheshbor, M., Jamali, A. A., Kangazian, A., 2021. Investigation of the sediment formation factors in drinking water distribution network of the city of Sough and its relationship to water properties. Journal of Water and Wastewater; Ab Va Fazilab, 32, 106-124.(In Persian).
Shiroud Issa, N., Ganji, A., Moghimi Kandelous, A., Hakimi Asiabar, S., 2023. Hydrogeochemical assessment of cheshmeh kileh catchment (Mazandaran Province) by arcgis and aqqa software, case comparison of Dohezar and Sehezar Sub-Basins. Researches in Earth Sciences, 14, 21-41. (In Persian).
Świetlik, J., Raczyk-Stanisławiak, U., Piszora, P., Nawrocki, J., 2012. Corrosion in drinking water pipes: the importance of green rusts. Water Research, 46, 1-10. Http://Dx.Doi.Org/10.1016/J.Watres.2011.10.006.
Tepavitcharova, S., Todorov, T., Rabadjieva, D., Dassenakis, M., Paraskevopoulou, V., 2011. Chemical speciation in natural and brine sea waters. Environmental Monitoring and Assessment, 180, 217-227.
Torres, J., Gonzatto, L., Goso, C., Fernández Turiel, J. L., Rejas Alejos, M., Garcia Vallès, M., Kremer, C., Kremer, E., 2015. Using chemical modeling to asses water quality in the Raigón aquifer system in Southern Uruguay. Journal of Environment Pollution and Human Health, 2015, Vol. 3, Num. 2, P. 31-38.
Umoren, I., Onianwa, P., 2012. Surface water quality status and chemical speciation of Qua Iboe River system, Niger-Delta, Nigeria. Elixir Pollution, 47, 9064-9073.
Vairavamoorthy, K., Yan, J., Galgale, H. M., Gorantiwar, S. D., 2007. IRA-WDS: A GIS-Based risk analysis tool for water distribution systems. Environmental Modelling & Software, 22, 951-965. Http://Dx.Doi.Org/10.1016/J.Envsoft.2006.05.027.
Yang, D., Yang, Y., Xia, J., 2021. Hydrological cycle and water resources in a changing world: a review. Geography and Sustainability, 2, 115-122.
Zhang, T., Ding, L., Ren, H., Guo, Z., Tan, J., 2010. Thermodynamic modeling of ferric phosphate precipitation for phosphorus removal and recovery from wastewater. Journal of Hazardous Materials, 176, 444-450.
Zhu, Q., Cao, Y., 2024. Research on provincial water resources carrying capacity and coordinated development in China based on combined weighting TOPSIS model. Scientific Reports, 14, 12497.
Zia, K. M., Bhatti, H. N., Bhatti, I. A., Nawaz, R., 2008. A Phs Equation for calcium carbonate scale prediction in cooling water system. Journal-Chemical Society of Pakistan, 30, 182.