بخشی از مقاله
چکیده
بررسی اطمینان پذیری در تصفیهخانهها گامی مهم در ارزیابی عملکرد و بهبود تصفیهخانههای فاضلاب میباشد. به دلیل نوسانات کیفیت خروجی، واحدهای تصفیهخانه باید به گونهای طراحی و بهرهبرداری شوند که متوسط غلظت خروجی از مقادیر مجاز تخطی ننماید. هدف از این مقاله ارزیابی اطمینان پذیری تصفیه خانه شهرک اکباتان به روش لجن فعال A2/O بر اساس ارزیابی پارامتر ضریب قابلیت اطمینان - COR - میباشد.
در این روش مقدار غلظت متوسط طراحی هر پارامتر از طریق ضریب قابلیت اطمینان بر یک مبنای احتمالاتی به استانداردهای تخلیه ، مرتبط میشود. پارامترهای خروجی مورد بررسی در این پژوهش شامل TSS، BOD، COD، NO3 ، NH4 و TP است.
نتایج نشان داد در برخی پارامترها همانند BOD، TSS، COD و TP تصفیهخانه قادر به ارائه عملکردی قابل اعتماد تحت شرایط بهرهبرداری میباشد، در حالی که کمترین COR به پارامتر NO3 و NH3 تعلق یافت که دارای ضریب تغییراتی بیشتر از یک میباشند و بیانگر بالاتر بودن غلظتهای خروجی از انحراف معیار دادهها و کمترین تطابق با استاندارد است. برای رسیدن به سطح اطمینان 95 درصد با توجه به سیستم موجود، می توان با افزایش زمان ماند و هوادهی مناسبتر به عمل اکسیداسیون آمونیاک کمک نمود و به راندمان حذف ازت کمک نماید.
-1 مقدمه
قابلیت اطمینان یک فرآیند تصفیه فاضلاب عبارت از احتمال عملکرد قابل قبول سیستم برای یک بازه زمانی معین و شرایط مشخص است. در تصفیه خانههای لجن فعال، قابلیت اطمینان درصدی از بازه زمانی بهره برداری را گویند که در آن حدود استانداردهای تخلیه و اهداف تصفیه برآورد میشوند.
به عبارت دیگر یک سیستم در صورتی قابلیت اطمینان %100 خواهد داشت که روند پاسخ عملکردی آن در طول زمان بدون شکست باشد. از منظر دیگر اگر کیفیت پساب خروجی از حدود مجاز استانداردهای زیست محیطی تخطی نداشته باشد آن گاه سیستم قابل اطمینان خواهد بود. به دلیل نوسانات کیفیت پساب خروجی، واحدهای تصفیه خانه باید به گونه ای طراحی شوند که متوسط غلظت خروجی از مقادیر مجاز با توجه به سطح اطمینان پذیری مشخص تخطی ننماید.
در این رابطه روند طراحی بر اساس مقدار غلظت خروجی متوسط استفاده میشود که از دو روش آماری ضریب اطمینان پذیری و روش گرافیکی بدست میآید
در روش آماری، نیکو و همکاران - - 1979 ضریب قابلیت اطمینان1 را برای پارامترهای کیفی پساب خروجی بر اساس توزیع لوگ نرمال دادهها پایهگذاری کردند. هدف اصلی تحلیل اطمینانپذیری، تولید اطلاعاتی است که میتواند توسط طراح و اپراتور تصفیهخانه فاضلاب در ارزیابی و پیشبینی عملکرد تصفیه با توجه به کیفیت پساب و توسط سازمانهای نظارتی، به ایجاد استانداردهای تخلیه منطقیتر، موثرتر و مناسبتر منجر شود. یک برنامهی کاربردی در طراحی و بهرهبرداری تصفیه خانه شامل به کارگیری مفاهیم تصادفی در روند طراحی و انتخاب پارامترهای مناسب برای استفاده در راهبری فرآیندها است.
این کار ممکن است از تجارب گذشته یا با استفاده از نتایج و دادههای تصفیهخانههای مشابه انجام گیرد. گنجاندن مفاهیم تصادفی به روند ایجاد استانداردها میتواند مفید باشد و از ایجاد مقادیر پارامترهای غیرواقعی جلوگیری نماید. آشنایی با رفتار تابع لوگ نرمال غلظتهای پساب خروجی در تنظیم استاندارهای تخلیه و در تفسیر نتایج و تطابق با قوانین بسیار مهم میباشد
به علت عدم قطعیتهای متعددی که در هنگام طراحی و بهرهبرداری از یک تصفیهخانه فاضلاب وجود دارد، ریسک شکست همواره اجتناب ناپذیر بوده و تصفیهخانهها باید بر اساس یک ریسک یا سطح تخطی قابل قبول طراحی گردند. در این صورت کمترین قابلیت اطمینان مورد نیاز باید به منظور تعیین احتمال شکست قابل پذیرش، بدست آید. از طرفی هزینههای بهرهبرداری و سرمایهگذاری فرآیند تصفیه فاضلاب به طور مستقیم تحت تأثیر سطح قابلیت اطمینان مورد نظر قرار دارد
. چرا که کیفیت بالای پساب خروجی نیاز به بهرهبرداری در سطح بالاتر، نصب و راهاندازی سیستمهای کنترل پیشرفته یا اضافه نمودن واحدهای تصفیه تکمیلی و افزایش ظرفیت فیزیکی فرآیندها دارد. همچنین احتمال شکست سیستمهای تصفیه فاضلاب به تابع توزیع غلظت پساب خروجی وابسته است. بنابراین پس از شناخت توزیع داده ها میتوان عبارتی برای تعریف بخشی از زمان که غلظتهای داده شده از مقادیر استانداردهای تصفیه تجاوز میکنند یافت و در نتیجه عملکرد آینده تصفیهخانه را پیش بینی کرد
مدل احتمالی ضریب اطمینان پذیری - COR - برای تخمین غلظت پارامترهای کیفی خروجی تصفیهخانه بیان شده است. یک نظریه محتمل برای طراحی فرآیند، فراهم کردن اساس تئوریکی برای تحلیل اطمینان پذیری است. مقادیر اطمینانپذیری در قالب ترمهای احتمال بیان میشود، که احتمال موفقیت یا عملکرد مناسب را بیان میکند. باید توجه شود که تخمینها در عملکرد طولانی مدت - مثلا یک سال - صحت دارند چرا که روند تغییرات زمانی غیر تصادفی است و تغییرات سیکلی دادههای خروجی در مدل لحاظ نمیشود
الیویرا و اسپرلینگ - 2008 - با بکار گیری روش نیکو و همکارانش به تحلیل قابلیت اطمینان شش فرآیند تصفیه متفاوت با استفاده از دادههای 166 تصفیه خانه فاضلاب در برزیل پرداختند. ضریب قابلیت اطمینان برای TSS، BOD، COD، TN، TP و FC محاسبه گردید و همچنین غلظتهای طراحی مورد نیاز برای برآورد استانداردهای تخلیه محاسبه گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که تعداد کمی از تصفیهخانهها قادر به ارائه عملکردی قابل اطمینان بودند و از استانداردهای تخلیه تخطی نمیکنند. همچنین پایینترین مقدار COR به فرآیند لجن فعال اختصاص یافت. از طرفی بیشترین درصد تطابقهای مورد انتظار شامل COD، BOD و TSS برای فرآیندهای لجن فعال و UASB بدست آمد
صباحی و همکاران - 1390 - نیز مطالعهای بر روی قابلیت اطمینان سیستمهای لجن فعال به منظور ارزیابی عملکرد سیستمهای تصفیه در شرایط آب و هوایی ایران انجام دادهاند. دادههای پساب خروجی از 32 تصفیه خانه لجن فعال در سال 1387 در سرتاسر ایران مورد مطالعه قرار گرفته است. در پژوهشی دیگر ارومیه و همکاران - 1390 - قابلیت اطمینان برکههای تثبیت را مورد بررسی قرار دادند. بدین منظور از دادههای 19 تصفیه خانه برکه تثبیت در سال 1387 در ایران استفاده شد. در هر دو مطالعه ضریب قابلیت اطمینان برای پارامترهای کیفی BOD، COD، TSS محاسبه شد و پایینترین مقدار COR مربوط به TSS بدست آمد و در نهایت متوسط غلظتهای طراحی پارامترهای ذکر شده به منظور برآورد استانداردهای تخلیه پساب به آبهای سطحی و مصارف آبیاری و کشاورزی بدست آمد
نتایج تحلیل اطمینان پذیری تصفیهخانه، میتواند در برآورد و پیشبینی عملکرد فرآیند تصفیه مورد استفاده طراحان و بهره برداران تصفیه خانه قرار گیرد. با این وجود تاکنون مطالعات محدودی در این زمینه صورت پذیرفته است. دراین مقاله بررسی اطمینان پذیری تصفیه خانه شهرک اکباتان در تهران با استفاده از مفهوم ضریب قابلیت اطمینان انجام میگیرد.
-2 مواد و روشها
همانطور که بیان شد یکی از رویکردهایی که برای تعیین اطمینانپذیری عملکرد تصفیهخانه استفاده میشود، استفاده از ضریب اطمینان پذیری - COR - میباشد که توسط نیکو و همکاران - - 1979 توسعه یافت. در روش COR، مقدار متوسط طراحی غلظت یک پارامتر به استانداردهای تخلیه که باید بر پایه احتمالات به آن برسد مرتبط میشود. مقدار متوسط طراحی - - md توسط رابطه زیر بدست می آید:
:md مقدار متوسط طراحی پارامتر . - mg/L -
:Xs استاندارد تخلیه مشخص که باید به آن برسد . - mg/L - :COR ضریب اطمینان پذیری - بدون واحد - .
ضریب اطمینان پذیری یک مولفه از رابطه شماره - 2 - بدست می آید :
: ضریب تغییرات که حاصل تقسیم انحراف معیار بر میانگین مقادیر میباشد.
: 1− متغیر نرمال استاندارد شده که از جداول استاندارد بدست می آید.
:1-α احتمال تجمعی رخداد عدم تخطی از استاندارد - سطح اطمینان پذیری - و احتمال تخطی از استانداردها میباشد. برخی مقادیر Z1-α برای سطوح احتمال تجمعی مختلف، در جدول - 1 - داده شده است. درصد قابلیت اطمینان و
Z1-α بهم وابسته اند، بنابراین مقدار Z1-α بیشتر، درصد اطمینان پذیری بیشتری را نتیجه میدهد. در شکل - 1 - مقادیر COR براساس ضریب تغییرات در سطوح اطمینانپذیری متفاوت نشان داده شده است. انتخاب مقدار مناسبی برای CV باید بر اساس اطلاعات تاسیسات اجرایی صورت پذیرد. همانطور که در شکل شماره - 1 - مشاهده میشود، برای سطوح اطمینان پذیری بالاتر از %80 و مقادیر CV کمتر از 1، تمایل به کاهش COR با افزایش CV و سطح اطمینان وجود دارد.
