whatsapp call admin

مقاله در مورد بهینه‌یابی اقتصادی سیستم لجن فعال

word قابل ویرایش
14 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

بهینه‌یابی اقتصادی سیستم لجن فعال

چکیده:
در سال‌های گذشته آلودگی‌های ناشی از دفع انواع فاضلاب اعم از خانگی، صنعتی، کشاورزی و … د ر کشورمان موجب شده است تا تصفیه و کنترل این آلاینده‌ها از اولویت‌های مهم حفاظت، مدیریت و برنامه‌ریزی محیط زیست باسد. در همین راستا مسوولان امر مبادرات به وارد کردن تکنولوژی روش‌های مختلف تصفیه فاضلاب و از جمله سیستم لجن فعال به کشور نموده‌اند. هرچند که امروزه در خصوص طراحی این سیستم‌ها با توجه به در دسترس بودن منابع مختلف

پیشرفت‌های خابی حاصل شده است، اما کمبود تجربه و عدم آشنایی کافی به مسائل اجرایی،‌ راهبری و نگهداری سیستم‌های تصفیه و هزینه‌های گزاف مورد نیاز معضلی است که انتخاب آنها را عمدتاً با دشواری همراه ساخته است. بنابراین برای جلوگیری از به هدر رفتن وقت و سرمایه بهینه‌یابی اقتصادی سیستم‌های رایج تصفیه فاضلاب در ایران و علی‌الخصوص لجن فعال موضوعی ضروری و اجتناب‌ناپذیر است.

در این مقاله بهینه‌یابی اقتصادی سیستم لجن فعال با استفاده از یک برنامه کامپیوتری دینامیکی انجام گرفته است تا بتوان چند مرحله‌ای بودن سیستم و ساختار خاص ارتباطب بین این مراحل را مدل نمود. در این برنامه کامپیوتری هزینه‌های اجرایی، بهره‌برداری و تعمیر واحدهای مختلف یک تضفیه‌خانه فاضلاب با سیستم لجن فعال با توجه به نقشه‌های اجرایی آن و همچنین با استفاده از نمودارها، آمار و ارقام بین‌المللی موجود ارزیابی گردیده است. سپس بهینه‌یابی اقتصادی با درنظر

گرفتن ترکیب‌های گوناگونی از واحدهای مختلف این سیستم صورت پذیرفته است. در انتها با توجه به سرمایه‌گذاری‌های کلان کشور در امر تصفیه فاضلاب و لزوم صرفه‌جویی اقتصادی صورت پذیرفته است. در انتها با توجه به سرمایه‌گذاری‌های کلان کشور در امر تصفیه فاضلاب و لزوم صرفه‌جویی اقتصادی در این زمینه، پس از بررسی مشکلات، راه‌کارها و پیشنهاداتی مطرح شده است.
مقدمه
بشر در طی قرون متمادی فضولات ناشی از فعالیت‌های مختلف خود را (اعم از مسکونی، تجاری، صنعتی و …) چه به صورت جامد و چه به صورت مایع به محیط زیست اطرافش دفع کرده است. این امر را باید ناشی از در دسترس بودن سطوح وسیع و کافی برای دفع زمینی فاضلاب تصفیه نشده و یا وفور آب‌های پذیرنده دانست که با توجه به میزان کم فاضلاب، این سطوح و آب‌های پذیرنده قادر

به پالایش طبیعی فاضلاب (خودپالایی) بوده‌اند، اما این روند به دلیل رشد سریع جمعیت، توسعه شهرنشینی، صنعتی شدن، مکانیزه شدن کشاورزی و افزایش مقدار فاضلاب از لحاظ کمنی و بالا بودن میزان آلودگی از لحاظ کیفی باعث تخریب محیط زیست و به مخاطره افتادن منابع طبیعی گردید. این موضوع سبب شد که تقاضا برای اعمال روش‌های کارآمدتر در کنترل و تصفیه فاضلاب رشد فزاینده‌ای پیدا کند. این امر محققان را بر آن داشت که سیستم‌هایی را در جهت به حداقل رساندن آلودگی‌های محیط زیستی طراحی نمایند که از پیامدهای آن بوجود آمدن انواع

سیستم‌های تصفیه فاضلاب بوده است.
سیستم‌های تصفیه فاضلاب بر حسب نوع عملکرد و راندمان تصفیه به انواع گوناگونی تقسیم‌بندی می‌شوند. طبیعتاً بکارگیری هر کدام از سیستم‌های تصفیه فاضلاب تابع مقررات کشوری و محلی، قابلیت اجرا (با توجه به خصوصیات فن‌آوری، اجتماعی، فرهنگی و … محل)، نیروی انسانی متخصص و میزان تصفیه مورد نیاز، نحوه استفاده از پساب حاصل از تصفیه و … می‌باشد. سیستم تصفیه فاضلاب مناسب برای استفاده در یک موقعیت معین آن است که این تنگناها را مورد توجه قرار داده و تصفیه‌خانه‌ای ارائه کند که هزینه کلی آن حداقل بوده و قابلیت رسیدن به راندمان موردنظر را در بیشتر روش‌های وابسته داشته باشد. سیستم تصفیه فاضلاب بررسی شده در این مقاله لجن فعال می‌باشد که به علت مقبولیت و عمومیت بکارگیری برای تصفیه فاضلاب در ایران با جزئیات واحدهای مربوطه‌اش مورد بررسی قرار گرفته است.
فرآیند لجن فعال در سال ۱۹۱۴ و در انگلستان توسط آردن و لاکت ارائه

گردید. علت نامگذاری آن به این اسم، استفاده از یک توده فعال از میکروارگانیسم‌هایی است که قادرند فاضلاب را به صورت هوازی تثبیت کنند. برای انجان این فرآیند، واحدها، تاسیسات و تجهیزات مختلفی مورد نیاز است که به عنوان مثال می‌توان از واحدهای آشغال‌گیری، دانه‌گیری، ته‌نشینی اولیه، حوض هوادهی، ته‌نشینی ثانویه، تانک تغلیظ لجن و هاضم‌ها نام برد. این واحدها، به همراه تجیهیزات و تاسیسات مربوط، هزینه‌های قابل توجهی از لحاظ سرمایه‌گذاری اولیه جهت ساخت، نصب و راه‌اندازی و در ادامه هزینه‌های سالیانه بالایی جهت راهبری و نگهداری سیستم را می‌طلبند.

از پارامترهای مهم در انتخاب نوع سیستم تصفیه، پارامترهای اقتصادی می‌باشند. پارامترهای اقتصادی مهمی که چگونگی انتخاب و بکارگیری سیستم‌های تصفیه فاضلاب را تحت‌الشعاع خود قرار می‌دهند، شامل هزینه سرمایه‌گذاری اولیه سازه‌ای، تجهیزات و تاسیسات مختلف برقی، شیمیایی و مکانیکی و … (اعم از ریالی و ارزی)، هزینه سالیانه بهره‌برداری و نگهداری و هزینه تامین مواد مصرفی می‌باشند. در کشورهای در حال توسعه (و از جمله در کشور ما)‌ با توجه به نیاز سیستم‌های تصفیه فاضلاب به تجهیزات و فناوری خارجی و تغییرات و نوسانات نرخ ارز لازم است طراحی این سیستم‌ها به گونه‌ای انجام پذیرد که در عین برآورده ساختن کیفیت موردنظر پساب

خروجی، حداقل هزینه را نیز به همراه داشته باشد. با توجه به تنوع واحدها و هزینه‌های مربوطه در سیستم‌های تصفیه فاضلاب، محققان درصدد تهیه و تنظیم برنامه‌های کامپیوتری برآمدند که با الهام از مدل‌های ریاضی بتوانند ضمن بهینه‌یابی اقتصادی پروژه، به اصول طراحی بهینه سیستم‌های تصفیه دست یابند. این برنامه‌ها به دلایل مختلف در عمل زیاد موفق نبودند و به همین علت نیاز به طراحی مدلی که قادر باشد با بکارگیری فرآیندی سیستماتیک، ترکیبی از تصمیمات متوالی را تعیین کرده و به حداکثر شدن کارایی کلی سیستم منتهی گردد،‌ احساس گردید که این امر منجر به ارائه برنامه‌ریزی پویا شد.

از آنجا که روابط حاکم بر سیستم تصفیه فاضلاب به طور منظقی و تجربی غیرخطی می‌باشند، استفاده از برنامه‌ریزی پویا به دلیل ساختار آن مورد توجه قرار گرفت و کارآمد بودن آن توسط ایونسون و همکاران (۱۹۶۹) چیا و دفیلیپی (۱۹۷۰) به اثبات رسید. برنامه‌ریزی پویا یک فن محاسباتی است که بر اساس اصل بهینه‌گی بلمن پایه‌ریزی شده است.
بر اساس اصل بهینه‌گی بلمن، خط مشی بهینه که شامل مجموعه‌ای از تصمیم‌گیری‌هاست، این ویژگی را دارد که وضعیت و تصمیم‌گیری‌های ابتدایی هر چه باشند، تصمیم‌گیری‌های باقیمانده باید خط مشی بهینه را، با توجه به وضعیت حاصل از تصمیمات قبلی تشکیل دهند. برنامه‌ریزی پویا بر این اصل استوار است. در بسیاری از مسائلی که در آنها رشته‌ای از تصمیم‌های مرتبط با یکدیگر مطرح می‌باشد، غالباً از برنامه‌ریزی پویا که ماهیتاً روشی ریاضی است، استفاده می‌شود. دلیل آن، این است که برای هر سیستم، شبکه‌ای بر اساس نوع ارتباط بین مراحل آن تعریف می‌شود که با حل این شبکه از طریق برنامه‌ریزی پویا می‌توان مقدار بهینه را در طی مراحل گوناگون تعیین نمود.
کارهای قابل ملاحظه‌ای به منظور حداقل ساختن هزینه سیستم‌های تصفیه فاضلاب به روش کامپیوتری برنامه‌ریزی پویا در دنیا صورت گرفته است.

در این تحقیق به بررسی یکی از سیستم‌های رایج تصفیه فاضلاب در ایران (لجن فعال)، ارائه تابع هزینه برای انواع مختلفی از هر یک از واحدهای آن و بهینه‌یابی کامپیوتری این سیستم (با تاکید بر جنبه‌های اقتصادی) پرداخته شده است. در تعیین توابع هزینه سرمایه‌گذاری اولیه سازه‌ای، تجهیزات و تاسیسات مختلف و هزینه سالیانه بهره‌برداری و نگهداری از جداول و منحنی‌های موجود در مراجع معتبر و همچنین برآورد هزینه تصفیه‌خانه‌های طراحی شده در کشور استفاده شده است. این توابع بر حسب پارامترهای طراحی برای واحدهای کلیدی تصفیه‌خانه به صورت

نمودارهایی ارائه گردیده‌اند. بهینه‌یابی اقتصادی یک سیستم فاضلاب می‌تواند به کمک یک مدل کامپیوتری به روش برنامه‌ریزی پویا و با استفاده از این توابع و نمودارها انجام گردد. به عنوان یک مثال حل شده هزینه‌های مختلف تصفیه‌خانه فاضلاب شهر شیراز ارائه گردیده و بهینه‌یابی اقتصادی در این تصفیه‌خانه خاص بحث و بررسی شده است. در انتها با توجه به سرمایه‌گذاری‌های کلان کشور در امر تصفیه فاضلاب و لزوم صرفه‌جویی اقتصادی در این زمینه، راه‌ک

ارها و پیشنهاداتی مطرح شده است.
روش تعیین توابع هزینه واحدها
همانطور که بیان گردید، جهت بهینه‌یابی یک سیستم تصفیه فاضلاب با گزینه‌های مختلف، لازم است ابتدا هزینه هر یک از واحدها اعم از ساختمانی، تاسیساتی، راهبردی، نگهداری و … محاسبه گردد. در این ارتباط، شکل کلی توابع هزینه با استفاده از جداول و روابط موجود در مراحل معتبر به صورت یک تابع نهایی (Y=nXb) با دو ضریب ثابت کالیبراسیون (b, a) درنظر گرفته شد. در این توابع هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بر حسب دبی طراحی تصفیه‌خانه و سایر پارامترهای طراحی هر واحد و هزینه سالیانه بهره‌برداری و نگهداری در حدود ۲ الی ۴ درصد هزینه سرمایه‌گذاری اولیه داده شده است. برای تطابق این توابع با شرایط ایران، علاوه بر هزینه‌ها و پارامترهای طراحی مختلف نسبت ضرایب ثابت این توابع نیز بررسی گردید.
جهت کالیبراسیون توابع هزینه با توجه به شرایط ایران، اطلاعات هزینه‌ای مربوط به تصفیه‌خانه‌های طراحی شده فاضلاب شهرهای مخلتف از جمله شیراز، رشت، لاهیجان، قزوین و گیلان غرب جمع‌آوری گردید. پس از بررسی اسناد و مدارک برآورد هزینه این تصفیه‌خانه‌ها مشخص گردید که یک ارتباط منطقی بین دبی‌های طراحی و برآوردهای هزینه انجام شده برقرار نبوده است. به عنوان

نمونه، تصفه‌خانه شیراز با دبی طراحی بیشتر (۹۴۰ لیتر بر ثانیه) و برآورد انجام شده بر اساس فهرست بهای ۷۹، هزینه کمتری را نسبت به برآورد انجام شده برای دو تصفیه‌خانه رشت و لاهیجان با دبی طراحی کمتر (به ترتیب ۷۳٫ و ۳۰۰ لیتر بر ثانیه)‌ بر اساس فهرست بهای ۷۷، داشته است.
از یک دیدگاه مدیریتی، یکی از علت‌های عدم وجود هماهنگی در برآورد هزینه تصفیه‌خانه‌های مختلف کشور با دبی‌های طراحی آنها را می‌توان در عمر کوتاهی دانست که از تشکیل مدیریت واحد و نظارت هماهنگ و همه جانبه بر صنعت آب و فاضلاب کشور (در قالب شرکت‌های آبفا) می‌گذرد. تجربه اندک تصفیه‌خانه‌های اجرا شده، عدم وجود بانک اطلاعاتی منسجم در این زمینه و بالاخره وجود مشاورهای مختلف در طراحی این تصفیه‌خانه‌ها از عوامل دیگر این عدم هماهنگی است. در این تحقیق، توابع هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بر اساس برآورد هزینه، توابع هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بر اساس برآورد هزینه تصفیه‌خانه شیراز با لحاظ نمودن یک سری فرضیات

منطقی بر اساس اطلاعات ارائه شده توسط مهندسین مشاور طرح‌ها و تجربیات دست‌اندرکاران صنعت آب و فاضلاب کشور برای شرایط ایران کالیبره گردیدند.
نتایج
ابتدا بایستی درنظر داشت که یک سیستم تصفیه‌ فاضلاب واحدهای متعددی دارد که این واحدها به نوبه خود می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند. به عنوان مثال یک سیستم تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال به طور معمول دارای واحدهای تصفیه مقدماتی (آشغال‌گیر، دانه‌گیر و اندازه‌گیر جریان)، ته‌نشینی اولیه، هوادهی، ته‌نشینی ثانویه، تغلیظ کننده لجن، هاضم، خشک کننده لجن و کلرزنی می‌باشند. از بین واحدهای ذکر شده، واحدهایی که از نظر فرآیندی دارای بیشترین تنوع هستند، شامل حوض هوادهی، تانک تغلیظ کننده لجن و هاضم‌ها می‌باشند.

توابع هزینه برای واحدهای مختلف یک سیستم تصفیه فاضلاب به روی لجن فعال در ایران در جدول زیر ارائه شده است. این هزینه‌ها به تفکیک هزینه سرمایه‌گذاری اولیه (CC)‌ و هزینه سالیانه راهبری، تعمیر و نگهداری (O&M)‌ می‌باشند و با درنظر گرفتن برآورد هزینه بر اساس فهرست بهای سال ۱۳۷۹، ارائه شده‌اند. لذا استفاده از آنها در سال‌های غیر از ۱۳۷۹ با اعمال ضرایب مربوطه از جمله ضریب شاخص تعدیل قیمت‌ها میسر است.

جدول ۱: توابع هزینه سرمایه‌گذاری اولیه (CC) و راهبری و نگهداری (O&M)

از نظر مدیریت اقتصادی یک سیستم لجن فعال عمده سرمایه‌گذاری و هزینه تصفیه‌خانه در حوضه هوادهی و واحدهی تصفیه لجن (تغلیظ کننده‌ها، هاضم‌ها و بسترهای خشک کننده لجن) صورت می‌پذیرد. بر همین اساس در جدول فوق، تابع هزینه برای چهار نوع حوض هوادهی، سه نوع تانک تغلیظ‌ کننده لجن و دو نوع هاضم که در یک سیستم لجن فعال بیشتر استفاده می‌شوند، داده شده است. بر اساس توابع ارائه شده در جدول فوق می‌توان پس از جایگذاری مقادیر پارامترهای طراحی مربوط به هر واحد(A, B, C, D) هزینه سرمایه‌گذاری و راهبری و نگهداری آن واحد را محاسبه نمود.
بایستی گفت که تعیین این توابع بر اساس برآورد هزینه تصفیه خانه فاضلاب شیراز با دبی طراحی شده ۹۴۰ لیتر بر ثانیه بوده است. این توابع توانایی بهینه‌یابی سیستم تصفیه لجن فعال با ترکیب‌های متعددی از این واحدها را ارائه می‌دهند. در این جدول کیفیت فاضلاب ورودی به

تصفیه‌خانه، ثابت و برابر با کیفیت معمول فاضلاب‌های شهری (در حدود BODO=250mg/lit) درنظر گرفته شده است. لیکن کمیت فاضلاب ورودی به تصفیه‌خانه در محدوده دبی‌های کمتر از ۱۰۰۰ لیتر بر ثانیه متغیر بوده و در این محدوده جواب‌های قابل قبولی ارائه می‌دهد. لازم به ذکر است توابع نمای ارائه شده برای واحدهای مختلف تصفیه‌خانه در محدوده‌هایی از دبی و کیفیت فاضلاب ورودی به همان واحد قابل اعمال است که در استانداردهای مربوطه ارائه شده است.

بایستی درنظر داشت که در بهینه‌یابی سیستم لجن فعال انتخاب هر واحد می‌تواند نوع، ظرفیت و مشخصات واحدهای قبل و بعد از خود را نیز تحت تاثیر قرار دهد. به عنوان مثال انتخاب حوض هوادهی به روش هوادهی گسترده معمولاً مستلزم هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری نسبت به سایر انواع حوض‌های هوادهی می‌باشد، لیکن این واحد به علت شرایط فرآیندی خاص خود منجر به تولید لجن کمتری خواهد شد که این امر در ظرفیت و هزینه واحدهای تصفیه لجن (که خود در حدود ۵۰ درصد هزینه کل تصفیه‌خانه را شامل می‌شوند) تاثیر می‌گذارد. همچنین انتخاب هاضم به روش هوازی، معمولاً به معنای عدم نیاز به واحد تغلیظ کننده لجن می‌باشد که این امر نیز هزینه

سرمایه‌گذاری تصفیه‌خانه را تحت تاثیر قرار می‌دهد. به همین علت چند مرحله‌ای بودن سیستم‌های تصفیه و ساختار خاص ارتباطی بین آنهاست که بایستی جهت بهینه‌یابی از یک برنامه کامپیوتری استفاده نمود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 14 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد