مدل بهینه‌سازی بازطراحی شبکه سبز آب و فاضلاب با در نظر گرفتن کیفیت متفاوت پساب بازگشتی

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 8، دوره 16، شماره 57، مرداد 1402، صفحه 103-120   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2023.5828

نویسندگان

زهرا ابراهیمی¹؛ محمدرضا غلامیان^{* 2}؛ مهسا عربی³

¹دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم ‏و صنعت ایران، تهران، ایران

²دانشیار دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم ‏و صنعت ایران، تهران، ایران

³دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم ‏و صنعت ایران، تهران، ایران

تاریخ دریافت: 24 آبان 1398،  تاریخ بازنگری: 22 اردیبهشت 1399،  تاریخ پذیرش: 09 اسفند 1400 

چکیده

چکیده
مقدمه: گسترش شهرنشینی، افزایش جمعیت کره زمین، بهره‌برداری بی‌رویه از منابع آبی و رهاسازی فاضلاب در طبیعت تأثیرات منفی و جبران‌ناپذیری بر محیط‌زیست برجا گذاشته است. تحقیق حاضر به منظور  بهینه­ سازی مدل بازطراحی شبکه سبز آب و فاضلاب انجام گرفته است.
روش­: در این تحقیق یک مدل بهینه‌سازی دو هدفه جهت بازطراحی سبز شبکه آب و فاضلاب شامل مکان‌یابی حوضچه‌های ذخیره و نیز امکان تخصیص بهینه پساب تصفیه‌شده به مناطق کشاورزی و شهرک‌های صنعتی با رویکرد کاهش اثرات ویرانگر تخلیه فاضلاب‌های صنعتی واردشده به تصفیه‌خانه شهری و درنهایت ورود این‌گونه آلاینده‌ها به محیط‌زیست ارائه‌شده است. مدل ارائه شده به کمک روش به کمک روش اپسیلون محدودیت حل گردیده است.
یافته­ ها:  بر این اساس، هزینه کل سیستم حداقل گردیده، تقاضا پاسخ‌داده‌شده و هم‌زمان مسائل زیست‌محیطی در طول بازطراحی شبکه رعایت شده و  بار آلودگی زیست‌محیطی شبکه به حداقل میزان خود می‌رسد. هم­چنین، تحلیل حساسیت بر روی برخی پارامترهای مهم انجام‌شده است.
نتیجه­ گیری: نتایج نشان داد که مدل پیشنهادی می‌تواند به طراحان در این حوزه جهت طراحی شبکه توزیع کمک شایانی کند، چراکه علی‌رغم افزایش هزینه‌ها با نصب COD متر و انجام گندزدایی، آلودگی محیط‌زیست کاهش می‌یابد. ضمن آنکه در این مدل سعی شده بخشی از افزایش هزینه‌ها را با فروش لجن فعال جبران نمود.
 

کلیدواژه‌ها

شبکه آب و فاضلاب؛ زنجیره تأمین سبز؛ بهینه‌سازی چندهدفه؛ روش اپسیلون محدودیت؛ کیفیت بازگشتی‌ها

عنوان مقاله [English]

An optimization model for green water and wastewater network redesign considering different quality of returned wastewater

نویسندگان [English]

Zahra Ebrahimi¹؛ Mohammad Reza Gholamian²؛ Mahsa Arabi³

¹MSc of Industrial Engineering, School of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

²Associate Prof. of Industrial Engineering, School of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

³PhD Candidate of Industrial Engineering, School of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction: Expansion of urbanization, increasing in the population of planet, excessive exploitation of water resources and wastewater release in nature have negative and irreversible impacts on the environment. The present research has been carried out in order to optimize the redesign model of the green water and wastewater network.
Methods: In this research, a bi-objective optimization model for the green redesign of the water and wastewater network is proposed. The model includes locating the optimal place of storage ponds and also optimally allocating the treated wastewater to agricultural areas and industrial settlements in order to mitigate the devastating effects of discharging industrial wastewater into the municipal wastewater treatment plants and eventually mitigating the entry of such pollutants into the environment. The proposed model, has been solved using the - constraint method.
Findings: Accordingly, the total system cost is minimized, the demand is met and simultaneously the environmental issues are met and the environmental pollution load of the network is minimized, because of network redesign. Also, a sensitivity analysis is performed on some important parameters.
Conclusion: The results showed that the proposed model can help the designers in this field to design the distribution network, because despite the increase in costs the environmental pollution is reduced by installing COD meters and performing environmental disinfection. In addition, in this model, it has been tried to compensate part of the increased costs by selling activated sludge.

کلیدواژه‌ها [English]

Water/Wastewater Network, Green Supply Chain, Multi-Objective Optimization, -Constraint Method, Quality of Returns

مراجع

 

Gupta, I., 1969. Linear programming analysis of a water supply system. AIIE Transactions, 1(1): p. 56-61. doi: 1080/05695556908974414

2.       Deininger, R., 1965.Water quality  management: the planning of economically optimal pollution control systems (PhD Thesis). Northwestern University. Evanston, IL.

3.       Smeers, Â.Y., Tyteca, D., 1982. Optimal location and design of wastewater treatment plants under river quality constraints. in: “Proceedings of I.F.I.P. Working Conference on Environmental Systems Analysis and Management”, S. Rinaldi, ed., North-Holland, Amsterdam.

4.       Zhang, C., 2005. A study on urban water reuse management modeling. Master's thesis, University of Waterloo.

5.       Dandy, G., Duncker, A., Wilson, J. and Pedeux, X., 2009. An approach for integrated optimization of wastewater, recycled, and potable water networks. In World Environmental and Water Resources Congress 2009: Great Rivers (pp. 1-11). doi: 10.1061/41036(342)35

6.       Chung, G., Lansey, K., Bayraksan G., 2009. Reliable water supply system design under uncertainty. Environmental Modelling & Software, 24(4): p. 449-462. doi: 10.1016/j.envsoft.2008.08.007

7.       Ray, P.A., Kirshen, P.H., Vogel, R.M., 2009. Integrated optimization of a dual quality water and wastewater system. Journal of water resources planning and management, 136(1): p. 37-47.doi: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000004

8.       Liu, S., Konstantopoulou, F., Gikas, P., Papageorgiou, G., 2011. A mixed integer optimisation approach for integrated water resources management. Computers & Chemical Engineering, 35(5): p. 858-875. doi: 10.1016/j.compchemeng.2011.01.032.

9.       Guo, P., Huang, GH., Zhu, H., Wang, X., 2010. A two-stage programming approach for water resources management under randomness and fuzziness. Environmental Modelling & Software, 25(12): p. 1573-1581. doi: 10.1016/j.envsoft.2010.04.018.

10.   Zhou, X.-c., Zhao, Z., Zhou, K., He, C., 2012. Remanufacturing closed-loop supply chain network design based on genetic particle swarm optimization algorithm. Journal of Central South University, 19(2): p. 482-487. doi: 10.1007/s11771-012-1029-y.

11.   Mortazavi-Naeini, M., Kuczera, G., Kiem, AS., Henley, B., Berghout ,B. , Turner, E., 2015. Robust optimization to secure urban bulk water supply against extreme drought and uncertain climate change. Environmental Modelling & Software, 69: p. 437-451. doi: 10.1016/j.envsoft.2015.02.021.

12.   Al-Zahrani, M., Musa, A., Chowdhury, S., 2016. Multi-objective optimization model for water resource management: a case study for Riyadh, Saudi Arabia. Environment, development and sustainability, 18(3): p. 777-798. doi: 10.1007/s10668-015-9677-3.

13.   Ghelichi, Z., Tajik  ,J., Pishvaee, M.S., 2018. A novel robust optimization approach for an integrated municipal water distribution system design under uncertainty: A case study of Mashhad. Computers & Chemical Engineering, 110: p. 13-34.  doi: 10.1016/j.compchemeng.2017.11.017.

14.   Abdulbaki, D., Alhinidi, M., Yasinie, A., Abu najm, M., 2017. An optimization model for the allocation of water resources. Journal of Cleaner Production, 164: p. 994-1006. doi:10.1016/j.jclepro.2017.07.024.

15.   Rezaei, N., Sierra-Altamiranda, A., Diaz-Elsayed, N., Charkhgard, H., Zhang, Q., 2019. A multi-objective optimization model for decision support in water reclamation system planning. Journal of Cleaner Production, 240: p. 118227. doi:10.1016/j.jclepro.2019.118227.

16.   Ghassemi, A., Hu, M., Zhou, Z., 2017. Robust planning decision model for an integrated water system. Journal of Water Resources Planning and Management, 143(5): p. 05017002. doi:10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000757.

17.   Hao, R., Li, M., Li, J B., Zhang, QK., Liu, F., 2013. Water Quality Assessment for Wastewater Reclamation Using Principal Component Analysis. Journal of Environmental Informatics, 21. (1). doi:10.3808/jei.201300231.

18.   Kurian, M., Reddy, VR., Dietz, T., Brdjanovic, D., 2013. Wastewater re-use for peri-urban agriculture: a viable option for adaptive water management? Sustainability science, 8(1): p. 47-59 doi:10.1007/s11625-012-0178-0.

19.   Asghari Moghadam, A., Shokri, S., Vaezi Heer, A., Kazemian, N., 2013. Feasibility of Reusing Tabriz Refinery Wastewater for Agricultural and Industrial Uses, First International Specialized Congress of Earth Sciences. [In Persian].

20.   Karimi E., Khoshalhan F., Hejazi R., 2011. Designing a New Mathematical Model for Dynamic Cell Formation Problem. International journal of industrial engineering and production management, 22 (2) :145-159
URL: http://ijiepm.iust.ac.ir/article-1-651-fa.html. [In Persian].

Metkaf, 1389. Wastewater Engineering - Volume 1 - Translated by Abrisham Chi, A., Afshar, A., Jamshid, B. [In Persian].