بهينه‌سازي ميزان تزريق كلر در شبكه‌هاي توزيع آب با استفاده از مدل GANetXL

Optimization of chlorine injection dosage in water distribution networks using GANetXL model

زمينه و هدف: گندزدايي يكي از مراحل تصفيه آب است كه به منظور حفظ كيفيت ميكروبي آب در شبكه توزيع انجام مي‌شود. يكي از تركيبات گندزدايي كلر است كه طبق استانداردهاي بهداشتي حفظ ميزان باقيمانده آن بين حداقل و حداكثر در سراسر شبكه امري ضروريست. اين مقاله با هدف بهينه‌سازي ميزان تزريق كلر در شبكه‌هاي توزيع آب با استفاده از مدل بهينه‌سازي GANetXL صورت گرفت. روش بررسي: در اين مقاله براي اولين بار با استفاده از يك افزونه بهينه‌سازي به نام GANetXL كه از الگوريتم ژنتيك استفاده مي‌نمايد ميزان كلر تزريقي در يك شبكه مرجع بر مبناي ارتباط پويا با مدل تحليل هيدروليكي و كيفي EPANET2 در محيط نرم افزار Excel بهينه گرديد. تابع هدف بر مبناي بهينه‌سازي تك هدفه به نحوي تدوين شد كه مربع تفاضل بين غلظت كلر محاسبه شده و حداقل مجاز ميزان كلر باقيمانده در شبكه براي هركدام از گره‌هاي كنترل‌شونده براي تمامي گام‌هاي زماني كمينه شود. متغيرهاي تصميم ميزان بهينه دوزهاي تزريق در محل بوسترها بود. يافته‌ها: با كاهش تعداد نسل به 200 كمترين ميزان تزريق در ايستگاه‌ها صفر، بيشترين آن 776/57، متوسط ميزان تزريق 183/87 و مجموع تزريق در طي يك شبانه روز برابر با mg/min 4412/84 حاصل شد. گره‌هاي بحراني در مجموع 20 درصد از كل گره‌هاي شبكه را تشكيل دادند. نتيجه‌گيري: با توجه به نتايج، كمينه‌سازي ميزان كلر مصرفي در عين رعايت ميزان حداقل نياز باقيمانده از آن در شبكه علاوه بر اثرات مثبت بر سلامتي، داراي آثار مثبت اقتصادي نيز است. نتايج اين تحقيق مي‌تواند به مديريت شبكه آب آشاميدني از لحاظ كيفيت آب در زمينه حفظ كلر باقيمانده و در نتيجه ارتقا سلامت جامعه و نيز به لحاظ اقتصادي كمك شاياني نمايد.

Background and Objective: one of the steps in water treatment to protect microbial quality of water network is disinfection. Chlorine is one of disinfectants. It is necessary to maintain Free Residual Chlorine (FRC) between minimum and maximum throughout the distribution system in accordance to health standards. This study was aimed to optimize Chlorine dosage in water distribution networks using GANetXL model. Materials and Methods: In this paper for the first time using an add-in called GANetXL optimization that uses a genetic algorithm, the Chlorine injection was optimized in a reference network based on dynamic connection to EPANET2 hydraulic and qualitative analysis in Excel software. The objective function is formulated such that the squared difference between computed chlorine concentrations and the minimum residual concentration at all monitoring nodes at all times is minimum. The decision variables were the optimized injection dose at boosters’ locations. Results: The injection rate was obtained (minimum: 0, average: 183.87, maximum: 776.57 and total 4412.84 mg/min per a day) at the station as the number of generation was reduced to 200. Critical nodes formed 20% of the total nodes of network. Conclusion: Based on the results, minimization of Chlorine whilst comply with FRC standard has both health and economical effects. The results can help the water distribution system management in terms of water quality (by maintaining FRC), health promotion and monetary.