بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه با افزایش روز افزون جمعیت جهان همراه با گسترش فعالیتهای کشاورزی و صنعتی از یک طرف و خشکسالی-های پی در پی اخیر از سوی دیگر موجب بهره برداری بیش از حد از منابع موجود آب های شیرین سطحی بخصوص در اکثر کشورهای واقع در مناطق گرمسیری شده است. بنابراین یکی از مسائل مهم مطرح ضرورت استفاده مجدد از آبهای مصرفی تصفیهشده در بخشهای مختلف مانند کشاورزی و مصارف صنعتی میباشد.
در این مقاله یک شبکه سه سطحی شامل سطوح مکان یابی تصفیه خانه فاضلاب و حوضچه ذخیره و نیز تخصیص بهینه پسآب تصفیه شده به مناطق کشاورزی و شهرک های صنعتی در شرایط مواجه با کمبود در تقاضای نقاط صنعتی ارائه شده است .درنهایت جهت اعتبارسنجی مدل، مطالعه موردی استان البرز که داده های آن برگرفته از سازمان جهاد کشاورزی و تصفیه خانه فاضلاب کرج میباشد مورد بررسی و تحلیل حساسیت قرار گرفته است. با توجه به نتایج، مدل پیشنهادی می تواند کمک شایانی به تصمیمگیرندگان حوزه مدیریت آب و فاضلاب نماید.
-1مقدمه
با گسترش جمعیت جهان ، ارتقای سطح زندگی و کاهش سرانه آب در کنار افزایش فعالیت های کشاورزی و صنعتی از یک سو و خشکسالی های پی در پی اخیر از سوی دیگر سبب بهره برداری بیش از حد از منابع موجود آب های شیرین سطحی بخصوص در اکثر کشورهای واقع در مناطق گرمسیری و افزایش میزان فاضلاب جمع آوری شده است. از طرفی نیاز به دستیابی به منابع جایگزین آب بسیار مورد توجه 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 های تهیه آب شیرین مقرون به صرفه تر می باشد و به منظور جلوگیری 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 های توزیع فاضلاب است تا از این پساب در کشاورزی یا مناطق صنعتی استفاده شود که با طراحی دقیق آن می توان هزینه های سیستم را تا حد عمده ای کاهش داد. ارائه اولین مدل ها در حوزه طراحی یک شبکه فاضلاب ساده به اوایل دهه0991 بر میگردد .
- آیرس و همکاران - 8:1992,، - دون بابین و بومر، - 00010991، - توماس و همکارانش،. - 12: 0991 البته اکثر تحقیقات انجام شده در حوزه طراحی بهینه زنجیره شبکه فاضلاب در راستای طراحی بهینه ابعاد شبکه جمع اوری فاضلاب یا بهینه سازی جانمایی تصفیه خانه هستند. هیستد و جیو بر کارهای انجام شده در این زمینه در 01 سال اخیر مروری انجام داده اند - جیو، - 2008، - هیستد،. - 2004 در طراحی فقط جانمایی تصفیه خانه هم تحقیقات مختلفی انجام شده است که بر کارهای انجام شده در این حوزه ملو و کامارا مروری داشته اند - ملو و کمارا،. - 37 :0990 فوجیوارا مدلی بهینه سازی برای تعیین بهترین مکان احداث تصفیه خانه فاضلاب ارائه کرده است که از مهمترین موارد درنظر گرفته شده در این مطالعه بررسی امکان تبدیل فاضلاب به پساب با کیفیت های مختلف است، همچنین در این مدل مسائل اولیه در راه احداث تصفیهخانه و راهکارهایی جهت مقابله با آن ارائه شده است.
- فوجیوارا،. - 00210991 همچنین می توان به مطالعات شوارتز و میز و کار تحقیقی ویرا و لیجکلما اشاره کرد که به کمک مدل دینامیکی به تعیین ظرفیت یک تصفیه خانه فاضلاب با توجه به مصرف کننده های نهایی پرداخته اند - شوارتز و میز، - 019 : 0991، - ویرا ولیجکلما، . - 23 :1989 سوزا و همکارانش جهت طراحی شبکه فاضلاب ازالگوریتم شبیه سازی تبرید مبتنی برسیستم کامپیوتری اطلاعات جغرافیایی برای مکان یابی تصفیه خانه و پمپ ها استفاده کردند.
در این مطالعه همچنین محدودیت حداکثر مقدار فاضلاب تصفیه شده در هر تصفیه خانه نیز درنظر گرفته شده است - سوزا و همکاران،. - 0 :1111 مهر آبادی و نصرآبادی به منظور بهبود و ارتقا حفاظت از محیط زیست اثر استفاده بهینه و اصولی از سیل و فاضلاب شهری در کشورهای در حال توسعه را مورد توجه قرار دادند و این رویکرد در منطقه اصفهان با استفاده از داده های آماری برای سال های 1110-0930 مورد سنجش قرار گرفت - مهرابادی و نصرآبادی،. - 2008 همچنین تحقیقات بی شماری در داخل و خارج به مسئله استفاده مجدد از پساب در حوزه های کشاورزی یا صنایع یا موارد دیگر پرداخته اند.
بعنوان مثال میشل پی اندرسون و همکارانش در سال 1102 جهت استفاده مجدد از فاضلاب در آبزی پروری و کشاورزی در شمال شرق برزیل مدلی را ارایه کردند که کم ترین هزینه و بیشترین بازده به مقیاس را داشت - الدرسون و همکاران،. - 91 :1102 ژاکوب کیهیلا و همکارانش درسال 1100 تحلیل جنبه های مختلف استفاده مجدد از پساب در آبیاری، بهداشت عمومی وپیامدهای اقتصادی و اجتماعی ان در موشی تانزانیا و ارایه مدلی در این زمینه پرداختند - کیهیلا و همکاران،. - 110سشادری و همکارانش در تحقیق خود به بررسی اثرات آبیاری کشاورزی بهوسیله پسابهای شهری پرداخته و با تاکید بر اینکه بزرگترین مصرف کننده پساب های شهری در کشور استرالیا بخش کشاورزی است ، راهکار هایی جهت کاهش اثرات آلودگی پساب بر اراضی ارائه دادند.
- سشادری و همکاران،. - 01 :1102 همچنین استفاده مجدد از پساب تصفیه شده در صنایع نیز بسیار مورد توجه است زیرا هم سبب صرفه جویی در میزان مصرف اب و در نتیجه کاهش فشار بر منابع آبی می شود هم با امکان بازچرخانی مجدد این پساب در واحدهای صنعتی از الودگی بیشتر محیط زیست جلوگیری می شود. نیاز صنایع به میزان اب مصرفی با توجه به رشدو توسعه صنایع بیشتر شده و با توجه به مصارف مختلف هم در برج های خنک کننده هم آب دیگ بخار مورد استفاده قرار می گیرد - توکلی و همکاران، . - 0791 اصغر اصغری مقدم و همکارانش امکان سنجی استفاده مجدد از پساب تصفیه خانه فاضلاب تبریز برای مصارف کشاورزی و صنعتی بررسی کردند و معیارهای کیفی لازم جهت استفاده از پساب در شهرک ای صنعتی و مناطق کشاورزی ر بررسی کردند - اصغر اصغری مقدم و همکاران، . - 0791
تفاوت این مقاله با تحقیقات مذکور به صورت زیر میباشند:
· ارائه مدل یکپارچه ریاضی جهت جمع آوری و انتقال پساب به نقاط تقاضا و همچنین مکانیابی و تخصیص به صورت همزمان.
· از دیگر تفاوت های این مدل در نظر گرفتن حوضچه ذخیره پساب است که پس از مشورتهای بسیار با کارشناسان این حوزه به مدل افزوده شد. این کار سبب نزدیکی مدل به شرایط واقعی شده است.
· با توجه به مباحث محیط زیست و سلامت بهویژه در تولید سبزیجات و محصولات کشاورزی سعی در تفکیک پساب مورد تقاضا با توجه به کیفیتهای مختلف شده است.
· با توجه به اینکه اولویت پساب تصفیه شده شهری با براورده کردن تقاضای نقاط روستایی است ممکن است تقاضای نقاط صنعتی با کمبود مواجه شود که هزینه این کمبود مورد تحلیل حساسیت قرار گرفته است.
· با توجه به اهمیت موضوع مدیریت بهینه پساب مدل پیشنهادی بر روی مطالعه موردی در خصوص استان البرز پیاده سازی 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 تقاضای نقاط صنعتی معرفی شده است .در بخش سوم، مطالعه موردی درخصوص طراحی شبکه دراستان البرز ارائه شده است. در نهایت، در بخشهای چهارم و پنجم نتایج محاسباتی ،نتیجهگیری و پیشنهادات آتی آمده است.
-2 بیان مسأله
در این مقاله با توجه به بحران آب پیش رو، افزایش روز افزون فاضلاب خام و مدیریت مصرف آب مدل ریاضی جهت طراحی بهینه شبکه جمع آوری فاضلاب، تصفیه و انتقال آن به مناطق کشاورزی و مناطق صنعتی ارائه شده است. اهمیت این موضوع از جهت قرار گرفتن کشورهایی با داشتن اب و هوای خشک و نیمه خشک همانند کشور ایران از آن جهت است که دیگر منابع آب تصفیه شده برای استفاده در کشاورزی و مناطق صنعتی نخواهد ماند.تنها راه حل موجود برای مقابله با این کم آبی و از طرفی تقاضای روز افزون استفاده از پساب تصفیه شده با درجه کیفی های مورد نیاز برای این مناطق می باشد.
