بهینه‌یابی اقتصادی سیستم لجن فعال 14 ص

بهینه‌یابی اقتصادی سیستم لجن فعال 14 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحه : 14 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏1
‏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) بوده
‏3
‏‌‏اند، 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 1914 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 بهره
‏4
‏‌‏برداری 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 (1969) ‏چیا و دفیلیپی (1970) 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 منحنی
‏5
‏‌‏های 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، راه‏‌‏کارها 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 2 الی 4 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 (940 لیتر بر ثانیه) ‏و برآورد انجام شده بر اساس فهرست بهای 79، هزینه کمتری را ‏نسبت به برآورد انجام شده ‏برای دو تصفیه‏‌‏خانه رشت و لاهیجان ‏با دبی طراحی کمتر (به ترتیب 73. و 300 لیتر بر ثانیه)‏‌‏ بر اساس فهرست بهای 77، 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 شرکت