مکانیابی بهینه تصفیه خانه فاضلاب به کمک الگوریتم ژنتیک

با توجه به هزینه های گزاف ساخت و بهره برداری از سیستم تصفیه فاضلاب، ضرورت بهینه سازی اقتصادی در این زمینه حس می شود. یکی از مهم ترین پارامترهایی که می تواند باعث کاهش هزینه های انتقال فاضلاب به تصفیه خانه و استفاده مجدد از آن شود، مکانیابی تصفیه خانه است. بنابراین تعیین موقعیت بهینه ساخت تصفیه خانه با در نظر گرفتن استفاده مجدد از پساب، از چالش های نوین طراحی سیستم های فاضلاب شهری می باشد. در سال های اخیر در سطح جهانی به این موضوع توجه ویژه ای شده و تحقیقات وسیعی درباره آن انجام شده است. در این تحقیق مکانیابی بهینه تصفیه خانه برای محدوده میانی شهر مشهد (محدوده تحت پوشش تصفیه خانه خین عرب)، انجام شد. در این پژوهش فرض شد پساب در اراضی کشاورزی اطراف رودخانه کشف رود که در دو بخش شرق و غرب محدوده مورد مطالعه قرار دارند، استفاده شود. به منظور انتقال بخشی از پساب به اراضی شرق، می توان از مسیر رودخانه استفاده نموده و مابقی آن از طریق خط لوله مستقیم به این اراضی انتقال یابد. حال آنکه پساب مورد نیاز اراضی غرب فقط با یک خط لوله انتقال اختصاص یابد. روش تحلیل اقتصادی استفاده شده در این تحقیق، روش ارزش فعلی سود خالص می باشد. در تعیین تابع هدف هزینه های ساخت، بهره-برداری و نگهداری از تصفیه خانه و شبکه جمع آوری فاضلاب، ایستگاه های پمپاژ و خطوط انتقال فاضلاب و پساب در نظر گرفته شدند. در مقابل، فروش پساب به اراضی کشاورزی، سود حاصل از ارائه خدمات فاضلاب شهری به مشترکین، کاهش هزینه های درمان بیماری ها، عدم نیاز به حفر و تخلیه چاه های جذبی و سود حاصل از فروش کود بدست آمده از فرآیند تصفیه فاضلاب به عنوان منافع طرح در نظر گرفته شد. به منظور تعیین مکان بهینه تصفیه خانه فاضلاب، دو مدل بهینه سازی توسعه یافت که از الگوریتم ژنتیک برای حل آنها استفاده شد. در مدل بهینه سازی سیستم انتقال پساب، قطر بهینه خطوط انتقال به اراضی کشاورزی در شرق محدوده مورد مطالعه، بدست آمد. نتایج این مدل به عنوان ورودی به مدل مکانیابی بهینه تصفیه خانه فاضلاب معرفی شد که موقعیت تصفیه خانه را با اختصاص بهینه پساب به اراضی کشاورزی شرق و غرب تعیین می نماید. رویکرد بهینه سازی در مدل اول حداقل سازی هزینه ها و در مدل دوم حداکثر سازی سود خالص بود. قطر بهینه خطوط انتقال پساب به اراضی کشاورزی شرق در 30 نقطه مستعد ساخت تصفیه خانه، با در نظر گرفتن هزینه های دوره طرح توسط مدل بهینه سازی اول محاسبه شد. نتایج نشان داد که در تحقیق حاضر با تغییر مکان تصفیه خانه، قطر بهینه خطوط انتقال تغییر چندانی نمی کند. در این تحقیق سه سناریو مختلف ساخت مرحله ای تصفیه خانه و شبکه جمع آوری فاضلاب در نظر گرفته شد. مدل بهینه سازی مکانیابی تصفیه خانه، سناریوی ساخت در سه مرحله را به عنوان بهترین سناریو برآورد نمود. مدل در 25 سال دوره طرح، مقدار اختصاص پساب به اراضی کشاورزی شرق و غرب محدوده مورد مطالعه را پیدا نمود و بر این اساس از بین 30 نقطه ای که به مدل معرفی شده بود، نقطه شماره 14 به عنوان بهترین مکان به منظور ساخت تصفیه خانه تعیین شد. نتایج نشان می دهد بیشترین هزینه مربوط به بهره برداری از ایستگاه های پمپاژ و بیشترین سود از فروش پساب حاصل شده است.