بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با افزایش روز افزون جمعیت جهان همراه با گسترش فعالیتهاي کشاورزي و صنعتی از یک طرف و خشکسالیهاي پی در پی اخیر از سوي دیگر موجب بهره برداري بیش از حد از منابع موجود آب هاي شیرین سطحی بخصوص در اکثر کشورهاي واقع در مناطق گرمسیري شده است. بنابراین یکی از مسائل مهم مطرح ضرورت استفاده مجدد از آبهاي مصرفی تصفیهشده در بخشهاي مختلف مانند کشاورزي و مصارف صنعتی می باشد.
در این مقاله یک شبکه سه سطحی شامل سطوح مکانیابی تصفیهخانه فاضلاب و حوضچه ذخیره و نیز تخصیص بهینه پسآب تصفیه شده به مناطق کشاورزي و شهرك هاي صنعتی در شرایط مواجه با کمبود در تقاضاي نقاط صنعتی ارائه شده است .درنهایت جهت اعتبارسنجی مدل، مطالعه موردي استان البرز که دادههاي آن برگرفته از سازمان جهاد کشاورزي و تصفیه خانه فاضلاب کرج میباشد مورد بررسی و تحلیل حساسیت قرار گرفته است. با توجه به نتایج، مدل پیشنهادي میتواند کمک شایانی به تصمیمگیرندگان حوزه مدیریت آب و فاضلاب نماید.
-1 مقدمه
با گسترش جمعیت جهان و کاهش سرانه آب در کنار افزایشفعالیت هايکشاورزي و صنعتی از یک سو و خشکسالی هاي پی در پی اخیر از سوي دیگر سبب بهره برداري بیش از حد از منابع موجود آب هاي شیرین سطحی بخصوص در اکثر کشورهاي واقع در مناطق گرمسیري و افزایشمیزان فاضلاب جمع آوري شده است. در چنین شرایطی استفاده مجدد از زنجیره شبکه فاضلاب بعنوان یک منبع بزرگ جایگزین منابع آبی مورد توجه امروزه جهان است زیرا که تصفیه پساب نسبت به سایر روش هاي تهیه آب شیرین مقرون به صرفه تر می باشد و به منظور جلوگیري از بیهوده شدن مفهوم تصفیه بهترین راه آن است که این پساب مورد مصرف مجدد قرار گرفته و به هدر نرود.
یکی از مهمترین مسائل موجود در زنجیره شبکه فاضلاب هم طراحی قسمت شبکه هاي توزیع فاضلاب است تا از این پساب در کشاورزي یا مناطق صنعتی استفاده شود که با طراحی دقیق آن می توان هزینه هاي سیستم را تا حد عمده اي کاهش داد. ارائه اولین مدل ها در حوزه طراحی یک شبکه فاضلاب ساده به اوایل دهه1990 بر میگردد
البته اکثر تحقیقات انجام شده در حوزه طراحی بهینه زنجیره شبکه فاضلاب در راستاي طراحی بهینه ابعاد شبکه جمع آوري فاضلاب یا بهینهسازي جانمایی تصفیه خانه هستند. فوجیوارا [4]مدلی بهینهسازي براي تعیین بهترین مکان احداث تصفیهخانه فاضلاب ارائه کرده است که از مهمترین موارد درنظر گرفته شده در این مطالعه بررسی امکان تبدیل فاضلاب به پساب با کیفیتهاي مختلف است، همچنین در این مدل مسائل اولیه در راه احداث تصفیهخانه و راهکارهایی جهت مقابله با آن ارائه شده است.
همچنین میتوان به مطالعات شوارتز و میز[5] و کار تحقیقی ویرا و لیجکلما [6]اشاره کرد که به کمک مدل دینامیکی به تعیین ظرفیت یک تصفیه خانه فاضلاب با توجه به مصرف کنندههاي نهایی پرداخته اند. سوزا و همکارانش[7] هت طراحی شبکه فاضلاب ازالگوریتم شبیهسازي تبرید مبتنی برسیستم کامپیوتري اطلاعات جغرافیایی براي مکانیابی تصفیهخانه و پمپها استفاده کردند. در این مطالعه همچنین محدودیت حداکثر مقدار فاضلاب تصفیه شده در هر تصفیه خانه نیز درنظر گرفته شده است.
مهر آبادي و نصرآبادي[8] به منظور بهبود و ارتقا حفاظت از محیط زیست اثر استفاده بهینه و اصولی از سیلاب و فاضلاب شهري در کشورهاي در حال توسعه را مورد توجه قرار دادند و این رویکرد در منطقه اصفهان با استفاده از دادههاي آماري براي سالهاي 2001-1971 مورد سنجش قرار گرفت. همچنین تحقیقات بی شماري در داخل و خارج به مسئله استفاده مجدد از پساب در حوزه هاي کشاورزي یا صنایع یا موارد دیگر پرداخته اند. بعنوان مثال میشل پی اندرسون و همکارانش[9] در سال 2015 جهت استفاده مجدد از فاضلاب در آبزي پروري و کشاورزي در شمال شرق برزیل مدلی را ارائه کردند که کم ترین هزینه و بیشترین بازده به مقیاس را داشت.
ژاکوب کیهیلا و همکارانش[10] درسال 2014 به تحلیل جنبه هاي مختلف استفاده مجدد از پساب در آبیاري، بهداشت عمومی وپیامدهاي اقتصادي و اجتماعی آن در موشی تانزانیا و ارایه مدلی در این زمینه پرداختند. سشادري و همکارانش [11]در تحقیق خود به بررسی اثرات آبیاري کشاورزي به وسیله پسابهاي شهري پرداخته وراهکارهایی جهت کاهش اثرات آلودگی پساب بر اراضی ارائه دادند.
اصغر اصغري مقدم و همکارانش [12] امکان سنجی استفاده مجدد از پساب تصفیه خانه فاضلاب تبریز و معیارهايکیفی لازم جهت استفاده از پساب در شهرك هاي صنعتی و مناطق کشاورزي را بررسی کردند. با توجه به مرور ادبیات می توان نوآوري این مقاله را در ارائه مدل یکپارچه ریاضی جهت جمع آوري و انتقال پساب به نقاط تقاضا و همچنین مکانیابی و تخصیص به صورت همزمان دانست.
از دیگر تفاوتهاي این مدل در نظر گرفتن حوضچه ذخیره پساباست که پساب مورد تقاضارا با توجه به کیفیتهاي مختلف در خود ذخیره می کند. مدل پیشنهادي بر روي مطالعه موردي در خصوص استان البرز پیاده سازي شد تا کارایی مدل مورد سنجش قرار گیرد. در ادامه، مقاله به صورت زیر سازماندهی شدهاست: در بخش دوم، مدل ریاضی یک شبکه سه سطحی توزیع پساب به نقاط روستایی و مناطق صنعتی در شرایط مواجه با کمبود در تقاضاي نقاط صنعتیمعرفی شده است. در بخش سوم، مطالعه موردي دراستان البرز اجرا و در بخشهاي چهارم نتایج محاسباتی و بخش پنجم، نتیجهگیري و پیشنهادات آتی آمده است.
-2 بیان مسأله
مدل ریاضی این مقاله از مدل شوارتز و میز[5] الهام گرفته شده استکه در مدل آن ها تنها تخصیص پساب صورت می گیرد و مکانیابی تسهیلات انجام نمی شود. اما مدل ریاضی ما علاوه بر تخصیص،مکانیابی تصفیه خانه ها و حوضچه ها را بر اساس کمترین هزینه در نظر می گیرد. بدین گونه که در آن فاضلاب مناطق مسکونی با خطوط انتقال جهت تصفیه بهداشتی به تصفیهخانه هاي منتخب فرستاده شده و با توجه تقاضاي مناطق کشاورزي و مناطق صنعتی به کیفیتهاي مختلفی تصفیه میشود، پس از آن این پسابها به حوضچههایی منتخب که مابین نقاط تقاضا و تصفیه خانه می باشند منتقل میشوند و با توجه به کیفیت، به صورت مجزا ذخیره میشوند.شبکه مورد نظر در شکل - - 1 نشان داده شده است.
در این مدل با توجه به تاکید مدل بر توزیع پساب به نقاط تقاضا، اجزاي شبکه از مرحله تصفیهخانه به بعد در نظر گرفته شده و هزینه جهت شبکه جمع آوري صفر در نظر گرفته شده است. تنها میزان فاضلاب ورودي مشخص می شود. اندازه تصفیه خانه هاي مورد نظر بر اساس قطب هاي تولید کننده فاضلاب متوسط در نظر گرفته شده است. براي احداث تصفیهخانهها و حوضچه ذخیره پساب چندین مکان بالقوه وجود دارد در حالیکه نقاط متقاضی دریافت پساب ثابت هستند.
در هر تصفیه خانه پساب با دو درجه کیفی متناسب نقاط تقاضا تصفیه و ذخیرهمی شود. دورههاي زمانی بر اساس فصول سال می باشد. یکی از ضروریات وجود حوضچه جهت پشتیبانی از روند افزایش تقاضا در فصول کم باران سال می باشد و در صورت تاسیس، ظرفیت نگهداري پساب با کیفیتهاي مختلف را داراست. اولویت با برطرف کردن نیاز مناطق کشاورزي است بنابراین احتمال مواجه با کمبود در تقاضاي نقاط صنعتی در نظرگرفته می شود و در اخر اینکه مدل بصورت برنامه ریزي خطی ترکیبی عدد صحیح نوشته شده است.
