مدل های لجن فعال در کتاب تصفیه فاضلاب

مدل های لجن فعال

در مدل های لجن فعال ASM3 و ASM2d ،ASM2 ،ASM1 ویرایش کارگروه IWA در مدلسازی ریاضی برای طراحی و عملیات تصفیة بیولوژیکی فاضالب تألیف مجنز هنز ویلی گوجر تاکاشی مینو مارک ون لوسدرچ چاپ در سری گزارشهای علمی و فنی انتشارات IWA ترجمه محمدحسین صرافزاده استاد دانشگاه تهران حسین پورهمتی

ناشر: دانشگاه تهران

مترجم ها: محمدحسین صراف‌ زاده, حسین پورهمتی

سال چاپ :1397

نوبت چاپ :اول

قطع کتاب :وزیری نوع جلد شومیز

تعداد صفحات :122

پیشگفتار مدل های لجن فعال مترجمین تصفیه فاضلاب

مدل های لجن فعال نامی عمومی برای گروهی از معادالت ریاضی توسعه داده شده در مدلسازی فرایندهای تصفیه زیستی فاضالب و مبتنی بر کاربرد لجن فعال است.کارگروهی از انجمن جهانی آب IWA پژوهش در این زمینه را ترتیب داده اند. مدلهای لجن فعالدر پژوهشهای علمی برای مطالعه و فهم آنچه در فرایندهای تصفیه زیستی رخ میدهد بسیار کارگشا هستند.

✅????? برای شناخت بیشتر ما کلیک ( آب پاکسازان ) کنید✅?????

همچنین در مدل های لجن فعال ، میتوان آنها رادر بهینه سازی واحدهای بزرگمقیاس تصفیه فاضالب بهکار برد.برای سالهای طوالنی، پژوهشگران گوناگونی کوشیدهاند فرایندهای زیست فناوری را مدل نمایند. مدلسازی عملیات تصفیه زیستی فاضالب نیز، به عنوان یکی از رایجترین فرایندهای زیستی، بسیار مورد توجه بوده و مدلهای گوناگونی نیز برای آن ارائه شده است. بااین حال، هرکدام از این مدلها مستقل و مطابق با نظر توسعهدهندگان آن مدل تهیه و تنظیم میشدند و درنتیجه پیوستگی کافی بین مدلهای گوناگون وجود نداشت تا به شکلگیری یک روش قابلاتکا و یک مدل منطقی و قابلتعمیم منجر شود.

برای حل این مشکل،IWA برنامهای را آغاز کرد که بهنتیجه رسیدن آن، در حدود دو دهه، به طول انجامید و درنهایت در سال 2000 ،در قالب کتابمدلهای لجن فعال، ASM1 ،ASM2 ،ASM2d و ASM3 ،برای اولینبار چاپ شد. ویژگی مدلهای IWA آن بود که همگی زبانی مشترک داشتند و از عوامل و عناصر مشترکی بهره میبردند که تعریف هریک از آنها مشخص بود. دیگر آنکه، این مدلها پیدرپی وباتوجه به پیشرفت دانش فنی و مهندسی مربوط به فرایندهای تصفیه، ارائه میشدند.

ابتدا ASM1 ارائه شد. بعد از آن، ASM2 و سپسبا کمی تغییر، ASM2d .درنهایت، ASM3 مبنای کامالً جدیدی ایجاد کرد. با این حال، پیوستگی و وابستگی بین مدلها کامالً مشهوداست. برای مثال، کاربر ASM3 باید ASM1 را بشناسد. نحوه ارائه مدل ASM3 همان روشی است که اولینبار برای ASM1 به کار رفت.

✅????? راجب تصفیه آب خانگی بیشتر بدون ✅?????

یعنی هرچند امروزه مدل های اولیه چندان مطلوب نیستند و در بهینهسازی و طراحی واحدها مورد استفاده قرار نمیگیرند، دانشارائه شده در قالب آن مدلها هنوز ابزار کار محققان و مهندسان است. ویژگی قابلتوجه دیگر این مدلها این است که کاربرد آنهامحدود به شرایط خاصی نیست و برای رسیدن به نتایج منطبق با واقعیت، باید برای هر شرایطی آنها را واسنجی کرد. این بدان معنااست که برمبنای هرکدام از آنها میتوان مدلهای گوناگون دیگری ارائه کرد.

شاید دور از واقعیت نباشد اگر بگوییم که این مدلهامانند زبانهای برنامهنویسی هستند که میتوان با آنها برنامههای گوناگونی نوشت که همان زبان نیستند، اما در محدودة قابلیتهای آنزبان عمل میکنند.این کتاب، بهعنوان تنها کتاب مرجع مدلسازی سامانههای لجن فعال، در تدوین مدلهای جدید، چارچوب کلی را تعیینمیکند و وجود این مدلهای جدید مرهون استفاده از زبان و عوامل و قوانین این کتاب است. کتاب متشکل از چهار فصل بوده کهدرواقع چهار مدلی هستند که درطول سالها، یکی پس از دیگری، ارائه و سرانجام در قالب کتاب موجود چاپ شدند. باتوجه بهجنبههای علمی و جهانی این کتاب، معرفی آن به جامعة علمی ایران، ازطریق ترجمة آن به فارسی، ضروری مینمود.

این امر،به خصوص باتوجه به افزایش واحدهای تصفیة فاضالب کشور در سالهای اخیر و ضرورت استفاده از مدلسازی در طراحی، راهبری،افزایش بهرهوری و نیز دقت عملیاتی این واحدها، اهمیتی دوچندان یافته است. اکنون، که هر روز بر ضرورتِ یافتن راهحلهاییبرای معضل کمآبی و همچنین آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی بیش از پیش تأکید میشود، میتوان امید داشت که مدلهایلجن فعال و نرمافزارهایی که برمبنای این مدلها طراحی شدهاند جای خود را در مقولة تصفیة فاضالب پیدا کنند تا از هدررفتِسرمایة اقتصادی و انسانی در سعی و خطاهای مکرر جلوگیری شود. همچنین، میتوان امیدوار بود تا درنتیجة نشر کتاب و ارائة آن،بهعنوان واحد درسی در مقاطع تحصیالت تکمیلی، نیروهای متخصصِ آشنا به زبان مدلسازی لجن فعال مدلهای بومی متناسب باشرایط فاضالبهای ایران را تهیه کنند.

پیشگفتار مترجمین تصفیه فاضلاب

در این کتاب مدل های لجن فعال مرجع مدلسازی، دربارة فرایندهای زیستی، که در واحدهای تصفیه رخ میدهند، بهتفصیل بحث شده است.همچنین، به یاری سابقة علمی مترجمان در زمینه تصفیة فاضالب، توضیحات متعددی، به صورت پانوشت، برای کمک به درک مطالبو نیز ارائة مطالب تازه ارائه شده است.نویسندگان کتاب هریک چهرهای کامالً شناختهشده در زمینة تصفیة فاضالب و دارای سوابق درخشانی در این حوزهاند. مطالعةپیشگفتار آنان دید روشنتری در مورد کتاب ارائه می دهد.

پیشگفتار نویسندگان تصفیه فاضلاب

مدلسازی فرایندهای لجن فعال به بخش متداولی در طراحی و عملیات واحدهای تصفیة فاضالب تبدیل شده است. امروزه مدلهادر طراحی، کنترل، آموزش و تحقیق مورد استفاده قرار میگیرند.تاریخچه)IAWPRC ،)که نام آن بعدها تغییر کرد، کارگروهی با هدف 1 در سال 1982 ،انجمن بینالمللی کنترل و پژوهش آلودگی آبمدلسازی ریاضی طراحی و عملیات فرایندهای لجن فعال تشکیل داد. در آن زمان، مدلسازی فرایندهای لجن فعال برای نزدیک به2 پانزده سال، بهعنوان یک رشتة علمی، شناخته میشد که باالترین سطح مطالعه و پیشرفت آن در دانگاه کیپتاونآفریقای جنوبی،بهواسطة کار یک گروه تحقیقاتی بهسرپرستی پروفسور مارایس3، مشاهده میشد.

مدلهای گوناگون ارائهشده تا آن زمان بخشی بهدلیلنبودِ اطمینان کافی به مدلها، بخشی بهدلیل محدودیت توانایی رایانهای و نیز بخشی بهدلیل روشهای پیچیدهای که به کمک آنها اینمدلها بهصورت نوشتاری ارائه میشدند، کاربرد محدودی داشتند.اولینگامهدف کارگروه بهوجود آوردن زمینهای مشترک بود که برای ایجاد و توسعة مدلهای بعدی فرایندهای لجن فعال در حذف نیتروژنمورد استفاده قرار گیرد. هدفْ ایجاد مدلی با حداقل پیچیدگی بود. نتیجة آن مدل لجن فعال شمارة 1 بود که امروزه تحتِ نامهایگوناگونی ازجمله مدل IAWPRC ،ASM1 ، مدل IAWQ و مواردی دیگر شناخته میشود.4 شمای کلی مدل در یک هماندیشی تخصصی IAWPRC در هتل کولکلدانمارک در 1985 بهبحث گذاشته شد و در سال 1987،بهشکل طرح نهایی خود، در سریگزارشهای تخصصی و علمی IAWPRC در 1.No. STR ،منتشر شد.

پنج سالی که برای بسط دادنمدل صرف شد، به مذاکره با تعداد زیادی از محققان و متخصصان گذشت تا بنیان محکمی برای کار شکل گیرد و صرفاً شامل اجزاییباشد که از آزمون زمان موفق بیرون آمدهاند. آنچه ارائه شد تنها یک مدل نبود، بلکه همچنین دستورالعملی برای تعیین مشخصاتفاضالب و نیز توسعة کدهای رایانهای بود. عالوهبر آن، این مدل مقادیر پیشفرضی را نیز ارائه میداد که امروزه ثابت شده است تنها باتغییرات اندکی در عواملْ نتایجی مطابق با واقعیت بهدست میدهند.ASM1 بهخوبی مورد پذیرش قرار گرفت و تاکنون بهطور گستردهای، بهعنوان مبنایی برای ایجاد و توسعة مدلهای دیگر، مورداستفاده قرار گرفته است. امروزه، استفادة مستقیم از ASM1 در مدلسازی تقریباً ناچیز است، هرچند ASM1 هستة اصلی تعداد زیادیاز مدلهایی بوده است که هریک بههمراه جزئیات تکمیلی ارائه شدهاند.نمادسازی )نشانهگذاری( ماتریسی، که بههمراه ASM1 ارائه گردید، موجب تسهیل در ارتباط مدلهای پیچیده شد و اجازه داد تابحثهای علمی بر جنبههای ضروریتر مدلسازی سینتیک5زیستی متمرکز شوند.حذف بیولوژیکی فسفردر زمان انتشار ASM1 ،حذف بیولوژیکی فسفر، در تعداد کمی از واحدهای تصفیة فاضالب بزرگمقیاس، مورد استفاده قرار میگرفت.وضعیت دانش تئوری موجود در مورد این فرایندها بهگونهای بود که کارگروه در آن زمان تصمیم بر مدلسازی آنها نگرفت.

پیشگفتار نویسندگان

1980 تا 1990 ،فرایندهای حذف زیستی فسفر بسیار رایج شد و همزمان، فهم پدیدههای بنیادی در این فرایندها رو به فزونیگذاشت. بنابراین، در سال 1995 ،مدل لجن فعال شمارة 2 منتشر شد. این مدل شامل حذف نیتروژن و حذف زیستی فسفر بود. در سال1 1994 ،زمانی که ASM2 بهپایان رسید، نقش نیتراتزداییدر ارتباط با حذف زیستی فسفر همچنان واضح نبود؛ بنابراین، تصمیم گرفته2 شد که این فرایند در مدل لحاظ نشود. اما پیشرفت در پژوهش سریع بود و ریزاندامگانهایذخیرهکنندة فسفر )PAO ،)با قابلیتنیتراتزدایی، برای شبیهسازی بسیاری از نتایج حاصل از پژوهش و عمل، مورد نیاز بودند. به این دلیل، در سال 1999 ،مدل شمارة 2 بهd.ASM2 گسترش یافت که در آن ریزاندامگانهای ذخیرهکنندة فسفر، که توانایی نیتراتزدایی داشتند، نیز لحاظ شدند.اگرچه ممکن است مدلها برای فرایندهای حذف نیتروژن چندان موردنیاز نباشند، پیچیدگی فرایندهای حذف همزمان نیتروژن وفسفرْ استفاده از مدلها را برای اهداف طراحی و کنترلی مهم میکند.

پایه گذاری مبنایی تازه در مدلسازی

مدلها در طول سالها پیچیده تر شدند. از ASM1 ،شامل فرایندهای حذف نیتروژن، به ASM2 ،شامل فرایندهای حذف زیستیفسفر و بعد از آن d.ASM2 ،که دربرگیرندة ریزاندامگانهای ذخیرهکنندة فسفر با قابلیت نیتراتزدایی است.در سال 1998 ،کارگروهْ تصمیم گرفت پایة مدلسازی جدیدی، بهنام ASM3 را، بهمنظور ایجاد ابزاری برای نسل بعدی مدلهایلجن فعال، ارائة کند. ASM3 برمبنای شناخت بیشتر فرایندهای لجن فعال تهیه شده است که از آن جمله میتوان به امکان بررسی3 ترکیبات ذخیرهشدة درونسلولی، که نقش مهمی در سوختوساز اندامگانهادارند، اشاره کرد.

مزایای مدل هاعمدة تأثیر خانوادة مدلهای ASM به سبب سه واقعیت بوده است: اولینمورد، زبان مشترکی است که مدلسازها، هنگام استفاده ازمفاهیم، مجموعة لغات و نیز نشانهگذاری ماتریسی ASM ها، با آن صحبت میکنند. این امر موجب توسعة سریع مدلها طی پانزدهسال گذشته شده است که احتماالً اگر همه مدلسازها مفاهیم، نمادها و خطمشی مخصوص خود را در پیش میگرفتند، این اتفاقنمیافتاد. مورد دوم، اثر سازماندهندة کار کردن با یک مدل است. این امر به محققان کمک کرده است که طراحیهای آزمایشیکارامدتری را صورت دهند و به متصدیان واحدهای تصفیه هم کمک کرده است اطالعات موجود در واحدهایشان را بهتر بفهمند وسازماندهی کنند و در بسیاری از موارد، خطاهای اطالعات موجود را شناسایی کنند. مورد سوم اینکه، مدلها، بهعنوان یک راهنما، بهامر پژوهش خدمت کردهاند و با برجسته کردن نقاطی که نیازمند پژوهش بیشتر بودهاند، تمرکز محققان را بهسمت جزئیات مشخصیهدایت کردهاند.

برای مثال، میتوان به تعیین مشخصات فاضالب اشاره کرد که به واسطه آن تحقیقات جالبِ توجه زیادی صورت گرفت.برنامه های شبیه سازیمدلهای ASM1 و ASM2 یا مدلهای مبتنی بر ASM در اکثر نرمافزارهای تجاری و غیرتجاری شبیهسازی امروزی بهکار رفته است. بنابراین، دسترسی و استفاده از مدلها برای اهداف گوناگون کار سادهای است.آینده نوشتار حاضر مروری کلی از وضعیت خانوادة مدلهای ASM در آغاز سال 2000 ارائه میدهد و نیز امکان دسترسی آسان خوانندهرا به مدلهای گوناگون در شکل اصلیشان فراهم می آورد. کارگروه امیدوار است که این نوشتار بتواند استفاده از مدلها و توسعة آیندةآنها را تسهیل کند.

مدلهای لجن فعالدر طول سالها، اعضای کارگروه بارها تغییر کردند. این امر نشاندهندة گسترش پژوهشها در طول سالیان و تالش مستمر برایایجاد مدلهای بعدی است. با این حال، ASM3 مدل نهایی یا مدل عمومی برای لجن فعال نیست. بلکه، بهمانند ASM1 ،ساختار وپایهای برای ایجاد و توسعة مدلهای بعدی است. بسیاری از مدلسازان بهدنبال مدل عمومی نهایی برای سامانههای لجن فعال هستند.تجارب پانزده سال پژوهش نشان میدهد که پیشرفتهای بعدی سریع رخ میدهند و مدلهای عمومی نیمهعمر کوتاهی دارند. درآخر،خوانندگان باید بدانند که برای پیشرفتهای بیشتر ASM ها، درصورتیکه کاربران عالقه مند باشند فراز و نشیبهای مدلسازی را بااعضای کارگروه بهاشتراک بگذارند، پیشنهادها، نکات حاصل از تجربهها و مناقشات علمی آنآا مورد استقبال قرار میگیرد.

منبع : تصفیه آب صنعتی