مجله آب و فاضلاب
پیاپی 56 (زمستان 1384)

در این مقاله از یک مدل شبیه سازی - بهینه سازی به منظور بهینه سازی تخصیص بار آلاینده منابع نقطه ای استفاده شده است. در طی فرآیند تصمیم گیری تخصیص بار آلاینده، پارامترهای تصادفی موجود در سیستم و اهداف مبهم منجر به عدم قطعیتهایی در مدل می گردند. در این مقاله از مجموعه های فازی با تابع عضویت مناسب به منظور مواجهه با عدم قطعیتهای ناشی از مبهم بودن اهداف استفاده شده است. مدل فازی تخصیص بار آلاینده از "QUAL2E" به عنوان یک مدل شبیه ساز و از الگوریتم ژنتیک به عنوان یک بهینه ساز استفاده می نماید که در نتیجه، ترکیبی ارضا کننده از مقادیر حذف آلاینده ها از منابع آلاینده نقطه ای در اختیار ادارات حفاظت محیط زیست و تخلیه کنندگان قرار می گیرد. به منظور کنترل جوابها و عدم تخطی شرایط کیفی از استانداردها، از روش ضریب جریمه استفاده شده است. به طور کلی، روش تخصیص بار آلاینده درصدد ارایه راه حلی تعاملی و سازشی بین ادارات حفاظت محیط زیست و تخلیه کنندگان می باشد. نتایج حاصل، حاکی از آن است که اهداف ادارات حفاظت محیط زیست مبنی بر دستیابی به غلظت های مطلوب و نیز اهداف تخلیه کنندگان مبنی بر استفاده کامل از ظرفیت خود پالایی رودخانه به طور کامل تامین نشده، بلکه تعاملی بین گروه ها در دستیابی به مقاصدشان فراهم گردیده است. این مدل فازی بهینه سازی تخصیص بار آلاینده برای یک مساله فرضی حل شده و نتایج حاصل، همگرایی مناسبی به جواب بهینه کلی داشته اند.

در این مقاله، کاربرد الگوریتم ژنتیک در بهینه سازی بهره برداری از سیستم های چند مخزنی بررسی شده است. بهینه سازی پارامترهای سیاست بهره برداری در این روش، صرفا با استفاده از نتایج شبیه سازی سیستم انجام می شود و بنابراین می توان انواع مختلفی از مسایل بهره برداری را مستقل از نوع تابع هدف و قیدهای آن و نیز ساختار سیاست بهره برداری، بهینه سازی نمود. در این مقاله پس از بررسی اجمالی روش الگوریتم ژنتیک پیشنهادی، عملکرد آن در بهینه سازی یک سیستم سه مخزنی بررسی و با روش های برنامه ریزی پویای استوکستیک و برنامه ریزی پویا با رگرسیون مقایسه شده است. نتایج حاصل، نشانگر برتری الگوریتم ژنتیک هم به لحاظ سرعت محاسبات و هم مقدار تابع هدف در مقایسه با دو روش دیگر بوده است. با این حال به منظور افزایش کارآیی این روش، اصلاحاتی در آن صورت گرفته است. بهبود کارآیی عملگرهای الگوریتم ژنتیک به ویژه استفاده از قانون بهنگام سازی قدرت جهش و محاسبه برازندگی کروموزوم ها به وسیله شبیه سازی سیستم با دوره های متغیر، دو نمونه از این اصلاحات را تشکیل داده اند. در بررسی های انجام شده اثر این اصلاحات کاملا مفید ارزیابی شده است به گونه ای که روش اصلاح شده قادر خواهد بود در مدت زمانی کمتر به نتایجی بهتر از روش معمولی دست یابد. ارزیابی مدل نهایی الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که روش پیشنهادی روشی بسیار کار آمد در حل مسایل سیستم های بزرگ است که حل آنها با روش های رایج غالبا غیر ممکن است. به عبارتی، ارزش و کار آمدی عملگرهای پیشنهادی از نقطه ای شروع می شود که عملگرهای رایج الگوریتم ژنتیک در آن نقطه متوقف شده و قادر به پیشروی نیستند.

سیانور نامی است که به ترکیبات دارای گروه -CN اطلاق می شود. مقادیر بیش از حد مجاز آن برای انسان و دیگر موجودات زنده، سمی قوی و آنی محسوب می شود. تعدادی از صنایع و معادن در فرآیند تولیدشان از سیانور استفاده می کنند که نهایتا در مواد زائد آنها ظاهر خواهد شد و در صورت عدم تصفیه می تواند موجب آلودگی محیط زیست گردد. هدف این تحقیق، بررسی انتقال و زوال طبیعی سیانور در خاک اطراف منابع آلودگی است که برای این منظور، خاک دشت موته، در مجاورت معدن و کارخانه طلای موته، واقع در استان اصفهان، مورد مطالعه قرار گرفت. هشت چاه دستی به عمق 6 متر حفاری و از هر 0.5 متر عمق یک نمونه خاک برداشت شد. تحلیل آماری نتایج نشان داد که غلظت سیانور خاک، با دور شدن از منبع آلودگی کاهش و با افزایش عمق خاک افزایش می یابد. مشاهده شد که مدل رگرسیون با شدت توانی برای فاصله و نمایی برای عمق، به خوبی قادر به پیش بینی غلظت سیانور در خاکهای آلوده اطراف منابع آلودگی است. با کم شدن عمق خاک، سرعت فرآیندهای زوال طبیعی سیانور به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد، لذا عمل زیر و رو کردن (شخم زدن) خاک در محلهای آلوده، برای سرعت بخشیدن به پاک سازی طبیعی آنها، توصیه می شود.

با رشد و توسعه فعالیت های صنعتی، نفوذ انواع آلاینده ها به آبهای زیرزمینی روند رو به رشدی یافته است. بر خلاف آبهای سطحی، پایداری انواع آلاینده ها در آبهای زیر زمینی بسیار بالاست و از اینرو هزینه پاکسازی آبخوان های آلوده بسیار زیاد است. با توجه به این مسایل، از روش های مختلف احیای آبهای زیر زمینی برای احیای آبخوان ها از آلاینده های گوناگون استفاده می شود که از جمله آنها می توان به روش های هوادهی و پمپاژ - تصفیه اشاره نمود. علیرغم وجود توصیه ها و پیشنهادها در خصوص امکان به کارگیری همزمان این دو روش برای آلاینده های فرار نظیر بنزن و MTBE، تاکنون مدل جامعی در شبیه سازی همزمان این دو روش ارایه نشده است. در این تحقیق به کمک مدل های موجود شبیه سازی روش پمپاژ - تصفیه و تلفیق آنها با مدل شبیه ساز روش هوادهی، امکان شبیه سازی این دو روش در مقیاسهای کاربردی فراهم آمده است. همچنین پس از صحت سنجی مدل و در طی یک مطالعه موردی، پاکسازی هاله آلودگی نفتی آبخوان باقر شهر واقع در غرب پالایشگاه تهران از آلاینده MTBE به کمک روش های هوادهی و پمپاژ - تصفیه بررسی شده است. بر این اساس، برای احیای منطقه ای این آبخوان در طی یک دوره 5 ساله شبیه سازی و بدون نصب ادوات احیای آبخوان در منطقه شهری، مقدار آلاینده موجود در زیر سطح شهر تقریبا به نصف کاهش یافته است.

حذف آمونیاک از پسابهای صنعتی به دلیل آسیبهای شدیدی که این ماده سمی به محیط زیست و موجودات زنده بالاخص انسان می رساند، بسیار حایز اهمیت است. پساب بخش کک سازی ذوب آهن اصفهان حاوی مقادیر بالای آمونیاک و فنل می باشد. پساب مورد استفاده در این تحقیق حاوی آمونیاک به میزان 1400 میلی گرم در لیتر می باشد. به منظور حذف آمونیاک، از لجن فعال و کمپوست استفاده شد. از محیطهای مصنوعی نیز برای مقایسه میزان حذف آمونیاک با پساب استفاده گردید. بیشترین میزان حذف آمونیاک مربوط به استفاده همزمان لجن فعال و کمپوست به همراه مواد معدنی و گلوکز با پیش تیمار کلرور کلسیم به میزان 38.7 درصد از پساب و 75.7 درصد از محیط مصنوعی می باشد. کارایی بالای لجن فعال و کمپوست در پسابهای با درصد آمونیاک و میزان سمی بودن کم، کاملا نمایان است. در مجموع به دلیل کارآیی مناسب و هزینه های پایین روش می توان از آن در حذف آمونیاک پسابهای صنعتی استفاده نمود.

اساسی ترین مدلی که در فرآیندهای لجن فعال برای طراحی تصفیه خانه ها مورد توجه قرار می گیرد مدل مونود است. با وجود ایراداتی که به این مدل با ارزش وارد است، همچنان مورد استفاده مهندسین طراح قرار می گیرد در حالی که بعضا پس از ساخت تصفیه خانه های فاضلاب با مشکلات عدیده ای روبرو می شوند. نظریه اصلی این مدل در ثابت بودن نرخ رشد لگاریتمی (mmax) است. این در حالی است که این نظریه خود مورد نقد است. محققان نشان داده اند که همیشه یک نرخ ثابت رشد ویژه، برای توده مخلوط باکتری ها وجود ندارد و رابطه ای مستقیم بین این ثابت و غلظت اولیه آلاینده ها وجود دارد. در مطالعات حاضر با اشاره به نواقص این مدل، برای ارزیابی صحت و دقت آن سعی به شبیه سازی آن در دامنه های مختلف SO/XO شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که مدل مونود در دامنه فرآیند لجن فعال که برای مقادیر پایین SO/XO است دارای دقت زیادی نیست ولی در مقادیر بالای SO/XO دارای تطابق قابل قبولی می باشد.

از جمله مشکلات اصلی فرآیندهای لجن فعال، دفع لجن مازاد تولیدی تصفیه خانه های فاضلاب است که اعتراضات زیادی را نیز به دنبال دارد. در این تحقیق کاهش تولید لجن مازاد به وسیله افزایش اکسیژن محلول حوضچه هوادهی بررسی شده است. تحقیق، در مقیاس پایلوت شامل واحدهای حوضچه ته نشینی اولیه، حوضچه هوادهی، حوضچه ته نشینی ثانویه و تجهیزات برگشت لجن است. حجم مفید حوضچه هوادهی برابر 360 لیتر بوده و جریان ورودی 90 لیتر در ساعت است. فاضلاب ورودی پایلوت، از فاضلاب خروجی واحد دانه گیری تصفیه خانه فاضلاب شمال اصفهان تامین شده و در مدت زمان حدود 5 ماه به صورت روزانه آزمایشهای لازم بر روی فاضلاب بخشهای مختلف پایلوت انجام پذیرفته است. نتایج حاصل از تحقیق نشانگر این مطلب است که افزایش اکسیژن محلول حوضچه هوادهی در کاهش میزان لجن مازاد سیستم لجن فعال موثر بوده، به گونه ای که با افزایش اکسیژن محلول از 0.5 به 4.5 میلی گرم بر لیتر، میزان لجن مازاد حدود 25 درصد کاهش یافته است. تغییرات اکسیژن محلول بر خاصیت ته نشینی لجن نیز موثر بوده است. با افزایش اکسیژن محلول، اندیس حجمی لجن ابتدا کاهش و سپس افزایش یافته است. محدوده مناسب اکسیژن محلول از نظر خاصیت ته نشینی لجن، میزان 1 تا 3 میلی گرم بر لیتر و میزان بهینه آن برابر 2 تا 2.5 میلی گرم بر لیتر تعیین گردید. لازم به ذکر است که با افزایش اکسیژن محلول به بیش از 3 میلی گرم بر لیتر، خاصیت ته نشینی لجن به شدت کاهش یافت.

در این پژوهش قابلیت به کارگیری سنگ پامیس در فرآیند بیوفیلمی با بستر ثابت برای تصفیه فاضلاب سینتیک نسبتا غلیظ کارخانه قند مورد بررسی گرفته است. سنگ پامیس نوعی بازالت است که در مناطقی از کشورمان به طور فراوان یافت شده و دارای قیمت بسیار مناسب در مقایسه با سایر آکنه های تجاری موجود در بازار می باشد. آزمایشها بر روی راکتور جریان رو به بالا با بستر ثابت سنگ پامیس و با حجم موثر 14.2 لیتر سیال انجام گرفت. پس از طی دوره راه اندازی، با راهبری راکتور به مدت 222 روز در زمانهای ماند هیدرولیکی 12، 16 و 24 ساعت و COD محلول ورودی 2250، 1500 و 750 میلی گرم در لیتر، راندمان حذف سوبسترات 89 تا 97 درصد در طی 9 حالت مختلف بارگذاری حاصل گردید. نتایج حاصل نشان می دهند که در بارگذاری های ارگانیک بین 750 تا 4500 mg.COD/m3.day با شرایط فوق الذکر، راندمان سیستم با استفاده از آکنه های پامیس راضی کننده و قابل توجه است. همچنین در ادامه، مدل های سینتیکی مرتبه اول گراو و استوور - کن کانن در چارچوب داده های تجربی به دست آمده مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مدل های گراو و استوور - کن کانن ضرایب همبستگی خوبی را ارایه می دهند. همچنین بر اساس این مدل های سینتیکی و پارامترهای حاصل شده از این پژوهش، روابطی برای طراحی بیوفیلترهای مشابه ارایه شده است.

آب به حساب نیامده میزان آب تولید شده ای است که قبل از اندازه گیری و تحویل به مشتری، به صورت نشت و دیگر راه ها تلف می شود. این مقوله از جنبه های زیست محیطی، اجتماعی، فرهنگی و اقتصادی قابل بررسی است. در این خصوص از آنجایی که هدر رفت آب همواره در سیستم های توزیع آب شهری مطرح می باشد، لذا، شناسایی عوامل بروز آن و عوامل موثر بر میزان آن ضروری است تا به کمک آن بتوان به بررسی راهکارهای کاهش و اجتناب از آن پرداخت. در تحقیق حاضر با انتخاب شهر سی سخت در استان کهگیلویه و بویراحمد سعی گردیده جوانب مختلف موضوع مورد بررسی و بر مبنای روش تحقیق تدوین شده فعالیتهای مورد نیاز صورت پذیرد. به طور کلی در این تحقیق روش بررسی در دو بخش بررسی آب به حساب نیامده فیزیکی و غیر فیزیکی متمرکز شده و در هر بخش جزییات موضوع به طور کامل مورد توجه واقع گردیده است. روش تحقیق در بخش آب به حساب نیامده غیر فیزیکی شامل بررسی علل و عوامل بروز تلفات ناشی از انشعابات غیر مجاز، دستکاری در کنتورها، خطاهای سیستم قرائت کنتورها و خطاهای موجود ناشی از عدم دقت کنتورها و در نهایت برآورد میزان تاثیر این عوامل بر کل هدر رفت آب در شهر سی سخت بوده و بررسی راهکارهای علمی و عملی در خصوص کاهش و کنترل آن بوده است. در بخش فیزیکی نیز، شناسایی عوامل بروز هدر رفت از جنبه های مختلف مورد توجه قرار گرفته و با نصب تجهیزات اندازه گیری و سنجش، از قبیل ثباتهای فشار و جریان و استفاده از روابط موجود، نسبت به تعیین میزان هدر رفت در این بخش و نحوه کاهش و کنترل آن بررسی های لازم صورت گرفته است. بر اساس نتایج تحقیق در شهر سی سخت از 1014700 متر مکعب آب تولیدی سالانه، بالغ بر 483260 متر مکعب 47.6) درصد(در دو بخش فیزیکی با 349195 متر مکعب 34.4) درصد(و غیر فیزیکی با 134065 متر مکعب 13.2) درصد(تلف گردیده و به حساب نمی آید. این مقدار نزدیک 16.63 درصد بیشتر از آب به حساب نیامده کل کشور، که برابر 31 درصد است، می باشد.