بازتوسعه مدل BSM1 براي مدل‌سازي سامانه تصفيه فاضلاب نهراكسيداسيون كاروسل (مطالعه موردي: تصفيه‌خانه فاضلاب جنوب تهران)

Redevelopment of BSM1 model to model the wastewater treatment system of Carousel oxidation case study South Tehran wastewater treatment plant

در سال‌هاي اخير به‌منظور ارزيابي و بهبود عملكرد تصفيه‌خانه‌ها در شرايط مختلف بهره‌برداري، نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي و مدل‌هاي رياضي مورد توجه قرار گرفته است. در اين تحقيق، براي شبيه‌سازي سامانه تصفيه نهراكسيداسيون كاروسل مدل BSM1 (Benchmark Simulation Model no.1) بازتوسعه داده شده است. هدف از ارائه اين مدل، ارائه يك رويكرد ساختارمند به‌منظور مدل-سازي و واسنجي سامانه نهراكسيداسيون كاروسل در مقياس واقعي است كه مي‌توان از آن براي اهداف بعدي هم‌چون اعمال راه‌بردهاي كنترل مختلف و بهبود عملكرد سامانه تحت شرايط بهره‌برداري مختلف استفاده كرد. مدل توسعه‌داده‌شده بر روي مدول 5 و 6 تصفيه‌خانه فاضلاب جنوب تهران پياده‌سازي شد. پس از تعيين مدل‌هاي فرآيندي مناسب براي واحدهاي مختلف تصفيه‌خانه فاضلاب، واسنجي ايستا و پويا براساس پروتكل GMP (Good Modeling Practice) انجام شد. در اين تحقيق، متغيرهاي COD، TSS و TN پساب خروجي، COD و TSS خروجي واحد ته‌نشيني اوليه، غلظت مواد معلق لجن برگشتي (Xr) و ميزان اكسيژن بيوراكتورهاي هوازي در تابع هدف واسنجي درنظر گرفته شدند. در فرآيند واسنجي از الگوريتم ژنتيك براي بهينه‌سازي استفاده شده است. نتايج نشان دادند كه مدل توسعه‌داده‌شده علي‌رغم محدوديت داده‌هاي اندازه‌گيري‌شده، به‌ترتيب قادر به پيش‌بيني مقدار TSS، TN و COD با متوسط خطاي 30، 10 و 20 درصد است. بنابراين مدل بازتوسعه‌داده‌شده در شبيه‌سازي سامانه نهراكسيداسيون كاروسل عملكرد قابل قبولي دارد.

In recent years, in order to evaluate and improve the performance of WWTP (wastewater treatment plant) in different operating conditions, simulation software and mathematical models have been considered. In this study, BSM1 model (Benchmark Simulation Model no.1) has been redeveloped to simulate the carousel oxidation-ditch process. The purpose of presenting this model is to present a systematic approach for modeling and calibrating the carousel oxidation-ditch system on a real scale, which can be used for future purposes such as applying different control strategies and improving the system performance under different operating conditions. The developed model was implemented on modules 5 and 6 of the South of Tehran WWTP. First, the water line and returned sludge line of the WWTP was selected as the boundary of the system and the required data was collected. Then, by determining suitable process models for different process units of the WWTP, static and dynamic calibrations were performed based on the GMP (Good Modeling Practice) protocol. In this study, the variables COD, TSS and TN of the effluent, COD and TSS of the primary clarifier, the concentration of return sludge suspended solid (Xr) and the dissolved oxygen in aerobic bioreactors were considered in the objective function of calibration. Genetic algorithm is used for optimization in the calibration process. In order to ensure the performance of the genetic algorithm, several calibrations were performed and the results were compared with each other. After static and dynamic calibrations, the parameters of the simulated model were determined. The results showed that the developed model is able to predict the value of TSS, TN and COD with an average error of 30%, 10% and 20%, respectively. Therefore, the given redeveloped model has an acceptable performance in simulating the carousel oxidation system.