استفاده از معادلات دیفرانسیل تصادفی در بررسی عدم قطعیت‌های مرتبط با بهره‌برداری از تصفیه‌خانه فاضلاب لجن فعال

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

2 گروه عمران آب و محیط زیست ، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، ایران.

3 هیات علمی دانشکده عمران دانشگاه تبریز

چکیده

کنترل و مدیریت هرزآبهای سطحی و فاضلاب‌های خانگی توسط تصفیه خانه‌های فاضلاب درک عملکرد تصفیه خانه جزو ملزومات مهندسی محیط زیست شمرده می‌شود. هدف اصلی تصفیه‌خانه در بخش بیولوژیکی حذف آلایندگی‌ها و کنترل تغییرات، BOD است، و این فرآیند به توسط میکرو ارگانیسم‌ها انجام می‌پذیرد. در این تحقیق سعی بر ارائه یک مدل تصادفی با استفاده از SDE بجای معادلات خطی جهت شبیه‌سازی فرآیند لجن فعال و لحاظ عدم قطعیت‌ها در محاسبات و تغییر در دیدگاه ریاضیات مسأله برای جابه جایی از ریاضیات قطعی به ریاضیات غیر قطعی، با دقت بر عملکرد پارامتر‌های فیزیکی در زمینه تصفیه خانه فاضلاب پرداخته شده است. این تلاش منجر به ارائه روشی جامع برای بهره وری بیشتر از دو منظر مدیریت ریسک در مواقع بحرانی و کاهش هزینه‌های اقتصادی و سهولت نظارت بر قسمت لجن فعال خواهد شد. بنابراین معادلات خطی بخش تصفیه بیولوژیکی تبدیل به معادلات استوکاستیک شد. محاسبات با SDE و حل انتگرال ایتو به روش اویلر-مارویاما برای بازۀ 15 روزه متوالی در طی (2020-2019) برای WWTP شهر تبریز انجام یافت. ضرایب بهینه استخراج و برای دو متغیر انتخابی Qeff و BODeff که داده‌های مشاهداتی مربوطه از بخش خروجی ته‌نشینی ثانویۀ تصفیه خانه فاضلاب گردآوری و با داده‌های محاسباتی مقایسه گردید. نتایج نشان دهندۀ قابلیت حل عددی برای متغیرهای محاسباتی به عنوان هدف نهایی تحقیق بوده و ضرایب ثابت بترتیب برای Qeff و BODeff مقادیر 0035/0، 0028/0 ، 005/0 و 7/0 با δt معادل 3-10×1 که جهت ایجاد یک روند خاص میزان δt در بهینه‌ترین حالت محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Use of stochastic differential equations in investigating the uncertainties related to the operation of the activated sludge wastewater treatment plant

نویسندگان [English]

  • Mehdi Dini 1
  • Reza Shahidi Zonouz 2
  • Vahid Nourani 3
1 Faculty Member of the Azarbaijan Shahid Madani University
2 Department of Water and Environmental Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Iran.
3 tabriz univ
چکیده [English]

Control and management of surface sewage and domestic sewage by sewage treatment plants, understanding the operation of the treatment plant is considered as a necessity of environmental engineering. In this research, a stochastic model using SDE instead of linear equations to simulate the activated sludge process and to consider the uncertainties in the calculations and to change the perspective of the mathematics of the problem to move from deterministic mathematics to non-deterministic mathematics. The performance of physical parameters in the field of sewage treatment plant has been discussed. This effort will lead to providing a comprehensive method for more productivity from the two perspectives of risk management in critical times and reducing economic costs and ease of monitoring the activated sludge part. Therefore, the linear equations of biological treatment became stochastic equations. Calculations with SDE and integral Ito solution by Euler-Maruyama method were performed for a period of 15 consecutive days during (2019-2020) for WWTP of Tabriz city. The optimal coefficients were extracted for two selected variables, Qeff and BODeff, whose observational data were collected from the secondary sedimentation outlet section of the wastewater treatment plant and compared with the calculated data. The results show the ability to solve numerically for the calculation variables as the final goal of the research, and the constant coefficients for Qeff and BODeff are respectively 0.0035, 0.0028, 0.005 and 0.7 with δt equal to 1-10-3, which aims to create a specific trend of δt in the most optimal state was calculated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Activated Sludge Unit
  • Uncertainty
  • Brownian motion
  • Wiener process
  • Tabriz Wastewater Treatment Plant