عنوان پایان‌نامه
بهینه‌سازی چند هدفه احیای آب زیرزمینی آلوده به هیدروکربن‌های نفتی محلول
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی - مهندسی منابع آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 63417;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 5929
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- سارا اکبرنژادنشلی
- استاد راهنما
- امید بزرگ حداد
- چکیده
- آب¬های زیرزمینی یکی از منابع مهم تامین آب برای مصارف مختلف شرب، صنعتی و کشاورزی می¬باشند. امروزه علاوه بر مشکل کمیت منابع آب، مشکل کیفیت نیز بروز کرده و روزبه¬روز افزایش می¬یابد. لذا بررسی و ارزیابی روش¬های مختلف احیا برای پاک¬سازی آبخوان¬های آلوده از اهمیت خاصی برخوردار است. روش-های مختلفی برای احیای آبخوان مورد استفاده قرار می¬گیرند که در این میان، روش احیای زیستی درجا به دلیل هزینه کم و حذف کامل آلاینده، روش مناسبی می¬باشد. همچنین این روش به دلیل سازگاری با محیط زیست و استفاده از موجودات زنده میکروسکوپی موجود در محل، روشی مفید در حذف هیدروکربن-های محلول در آب می¬باشد. در این تحقیق برای ارزیابی بهترین گزینه طراحی سامانه احیای زیستی درجای آب زیرزمینی آلوده به هیدروکربن¬های¬ محلول، یک مدل شبیه¬ساز-بهینه¬ساز (S-O) چندهدفه توسعه داده شده است. با توجه به دو هدف کمینه¬کردن هزینه طراحی و بهره¬برداری سامانه احیا و کمینه¬کردن مجذور تخطی از استاندارد پاک¬سازی، مجموعه¬ای از جواب¬های بهینه در قالب یک پرتوی بهینه استخراج شده است. در این مدل برای شبیه¬سازی آبخوان مورد بررسی و ارزیابی گزینه¬های مختلف طراحی، از نرم¬افزار BIOPLUME II استفاده شده است. همچنین برای یافتن بهترین گزینه طراحی، NSGA II مورد استفاده قرار گرفته است. در تحقیقات گذشته، استاندارد پاک¬سازی به صورت یک قید در مسئله بهینه¬سازی به کار رفته است. در این تحقیق، قید کیفی حذف شده و به صورت یکی از اهداف مسئله در کنار هدف هزینه وارد مدل بهینه¬سازی شده است. برای اطمینان از نحوه عملکرد مدل توسعه یافته، ابتدا مدل تک¬هدفه اجرا شده است. نتایج حاکی از کارآیی مدل توسعه داده شده می¬باشد. همچنین پرتو حاصل از بهینه¬سازی چندهدفه مجموعه¬ای از گزینه¬های مطلوب را به طراح پیشنهاد می¬کند. به طوری که طراح می¬تواند با توجه به منابع مالی و استانداردهای کیفی موجود، بهترین گزینه را انتخاب نموده و به مرحله اجرا درآورد. در شرایطی که استاندارد پاک¬سازی در کلیه نقاط آبخوان برقرار است، هزینه طرح احیا و همچنین بیش¬ترین میزان مجذور تخطی از حد استاندارد پاک¬سازی، به عنوان مقادیر حدی در نظر گرفته می¬شوند. این میزان مجذور تخطی در شرایطی اتفاق می¬افتد که سامانه احیایی در آبخوان اجرا نشده باشد. مقادیر توابع هدف برای سایر گزینه¬های بهینه طراحی بین مقادیر حدی معرفی شده خواهند بود. به عنوان مثال با قبول 9/1 درصد مجذور تخطی از حد استاندارد، هزینه¬ طرح به میزان 3/51 درصد کاهش خواهد یافت. همچنین کاهش 2/76 درصد از هزینه طرح احیا موجب افزایش حدود 6/12 درصد میزان مجذور تخطی از حد استاندارد پاکسازی خواهد شد. در انتها، تحلیل حساسیت مسئله مورد بررسی نسبت به برخی از پارامترهای مسئله مانند ضریب هدایت هیدرولیکی، غلظت اکسیژن اولیه موجود در آبخوان، غلظت اکسیژن تزریقی، طول دوره احیا و ضریب استوکیومتری متناظر با نوع آلاینده انجام شده است. نتایج حاکی از تاثیر این پارامترها در نحوه عملکرد سامانه احیا می¬باشند. همچنین دو پارامتر ضریب هدایت هیدرولیکی و طول دوره احیای آبخوان، بیش¬ترین تاثیر را در مدل و نتایج حاصل از حل آن دارند. کلمات کلیدی: آب زیرزمینی، احیای زیستی درجا، بهینه¬سازی چندهدفه، مجذور تخطی از استاندارد پاک-سازی، تحلیل حساسیت.
- Abstract
- Aquifers are one of the main water supply resources for drinking, agricultural, and industrial purposes. Today, supplying and preserving groundwater is one of the main challenges of the mentioned industries. Therefore, it is crucial to study and evaluate different remediation methodologies that can be used to enhance the quality of the contaminated groundwater. In-situ bioremediation is one of the most efficient and cheap groundwater cleanup methodologies to treat groundwater pollutions. In this methodology the living microorganisms of a contaminated aquifer are used to treat the pollution of the same groundwater. This is one of the advantages of In-situ bioremediation because it makes it more compatible with the area to be remediated, compared to other remediation methodologies. In this thesis, a multi-objective simulation-optimization (S-O) model has been developed to achieve the best In-situ bioremediation system design for a groundwater with contaminated dissolved hydrocarbons. Minimizing the design and operational costs along with the square of cleanup standard violation are two main objectives of this study. The results of optimization are presented in the form of Pareto. In this model, BIOPLUME II and NSGA II are used to groundwater simulation and optimization respectively. One advantage of the proposed model is that for optimization it considers the cleanup standard as one of the objective functions rather than a quantitative constraint. To evaluate the developed S-O model, a single objective design was performed first. The result of the single objective design confirmed the capability and accuracy of the developed S-O model. For multi-objective optimization on purposes this model gives a Pareto that can be used by operators to select the best design and also operational option, according to the cleanup standard requirements and financial resources. The remediation system cost when the standard is satisfied for the cleanup in all parts of aquifer is one of the limit values. Another limit value is the square of cleanup standard violation corresponds to a situation that the remediation system does not exist in the aquifer. Other Pareto options occur between the two limit values. For example, an optimal option that reduces total cost about 51.3%, increases the square of cleanup standard violation about 1.9%. Moreover, the option that increases the square of cleanup standard violation around 12.6%, decreases the total cost equal to 76.2%. Also, a sensitivity analysis was performed for some of the bioremediation parameters such as hydraulic conductivity, initial oxygen concentration, injected oxygen concentration, remediation time and ratio of oxygen to hydrocarbon consumed. The results showed that the hydraulic conductivity and remediation time had the most impact on the bioremediation operation effectiveness. Keywords: Groundwater, In-situ bioremediation, Multi-objective, Square of cleanup standard violation, Sensitivity analysis.
