توصيفگر ها :
محك زني انرژي , شاخص كليدي عملكرد , تحليل پوششي داده , كاهش مصرف انرژي
چكيده فارسي :
ميزان مصرف انرژي در تصفيهخانههاي فاضلاب بهويژه با توجه به كاربريهاي مختلف و نياز به سطوح بالاتري از تصفيه، بهطور مداوم در حال افزايش است. به همين دليل ضرورت بررسي كارايي مصرف انرژي در تصفيهخانههاي فاضلاب بهدليل اثرات منفي محيط زيستي مصرف بيرويه انرژي و همچنين توليد انرژي كه عمدتا با استفاده از سوختهاي فسيلي انجام ميشود، دوچندان است. بهينهسازي مصرف انرژي بايد با اولويتبندي مناسب انجام شود و اين امر از طريق محكزني انرژي امكانپذير است .محكزني انرژي به معناي مقايسه ميزان مصرف انرژي يك تصفيهخانه با يك تصفيهخانه مبنا است. اين فرآيند بهعنوان ابزاري مؤثر براي شناسايي نقاط ضعف و فرصتهاي بهبود در سيستمهاي تصفيه فاضلاب به شمار ميآيد. در نتيجه، با توجه به چالشهاي موجود، ضروري است كه مديريت مصرف انرژي در تصفيهخانههاي فاضلاب بهطور جدي مورد توجه قرار گيرد تا ضمن حفظ كيفيت منابع آب و سلامت جامعه، آسيبهاي زيستمحيطي كاهش يابد. روشهاي مختلف محكزني انرژي مورد استفاده به ترتيب ميزان پيچيدگي و دقت شامل سه دسته اصلي هستند: نخست، روشهاي مبتني بر نرمالسازي كه از شاخصهاي كليدي عملكرد (KPI) براي ارزيابي كارايي مصرف انرژي استفاده ميكنند و بهدليل سادگيشان بهطور گستردهاي مورد استفاده قرار ميگيرند. دوم، روشهاي آماري كه شامل برازش خطي با استفاده از حداقل مربعات معمول (OLS) ميباشند. و در نهايت، روشهاي برنامهريزي خطي، نظير تحليل پوششي دادهها (DEA)، بهعنوان ابزارهاي پيشرفته براي ارزيابي كارايي سيستمها شناخته ميشوند و در شرايط پيچيده و چندبعدي، توانايي بالايي در تحليل و بهينهسازي مصرف انرژي ارائه ميدهند. دادههاي انرژي مصرفي، دبي ورودي، و غلظت COD در فاضلاب ورودي و خروجي با استفاده از روشهاي تحليلي ذكر شده مورد بررسي و تحليل قرار گرفت. در اين پاياننامه محكزني انرژي 15 تصفيهخانه فاضلاب شهركهاي صنعتي به روش لجن فعال در استان اصفهان با بهره بردن از روشهاي مختلف محك زني انجام شد. فرايند تصفيه مورد استفاده در تصفيهخانههاي مورد بررسي شيوههاي مختلف مبتني بر لجن فعال است كه عمدتا شامل فرايندهاي هوادهي گسترده، بيوراكتور با بستر ثابت و متحرك ميباشد. در روش شاخصهاي كليدي عملكرد از نسبت انرژي مصرفي به دبي ورودي و همچنين نسبت انرژي مصرفي به COD حذف شده استفاده شد. روش حداقل مربعات معمول يك روش مرسوم براي برازش خطي ميباشد. نتايج ارزيابي عملكرد با برازش خطي با نتايج منتشرشده از مقالات ديگر نيز مقايسه گرديد. پس از بررسيهاي انجام شده پر مصرفتر بودن تصفيهخانههاي كوچكتر به شكل محسوسي در تمامي روشهاي تحليلي مشخص شد. پس از بررسي ميزان كارايي تصفيهخانهها، راهكارهايي با هدف كاهش مصرف انرژي و افزايش بهرهوري ارائه گرديد. ناكارآمدترين تصفيهخانهها طبق تحليل با روش شاخصهاي كليدي عملكرد تصفيهخانههاي 7، 8، و 11، طبق تحليل با روش حداقل مربعات معمول شماره 1، 3، و 4 و طبق روش تحليل پوششي دادهها تصفيهخانههاي 3، 5 و 8 برآورد شدند. همچنين رابطه مستقيمي بين كارامدي تصفيهخانهها با نسيت F/M پساب و درصد بهره برداري از تصفيهخانه با توجه به ظرفيت طراحي مشهود بود. نتايج پس از نرمال سازي به روش ميانگين وزني تجميع شد تا نتيجه جامع تري از تحليلهاي محك زني انرژي به دست بيايد. حاصل تجميع نتايج نشان داد كه اولويت بندي با هدف بهينه سازي از لحاظ مصرف انرژي به علت ناكارامدي به ترتيب با تصفيهخانههاي 3، 1 و 4 است. تجميع نتايج چند روش تحليلي در پژوهشهاي علمي و مهندسي اهميت بسزايي دارد، زيرا به ارائه يك تصوير جامع و دقيقتر از موضوع مورد بررسي كمك ميكند. با تركيب دادهها و نتايج بهدستآمده از روشهاي مختلف، ميتوان به شناسايي الگوها و روندهاي كلي دست يافت كه ممكن است در تحليلهاي منفرد ناديده گرفته شوند. هر روش تحليلي ممكن است نقاط قوت و ضعف خاص خود را داشته باشد. با ادغام نتايج، ميتوان از مزاياي هر يك بهرهبرداري كرد و تأثيرات احتمالي خطاها يا عدم قطعيتها را كاهش داد.
چكيده انگليسي :
The energy consumption in wastewater treatment plants (WWTPs) is steadily increasing, particularly due to diverse applications and the demand for higher levels of treatment. This rise necessitates a thorough examination of energy efficiency in WWTPs, given the negative environmental impacts associated with excessive energy use and the reliance on fossil fuels for energy production. Optimizing energy consumption must be prioritized, achievable through energy benchmarking, which involves comparing the energy use of a treatment facility against a reference plant. This process serves as an effective tool for identifying weaknesses and opportunities for improvement in wastewater treatment systems. This research focuses on the energy benchmarking of 15 industrial wastewater treatment plants employing activated sludge processes in Isfahan province. The treatment methods utilized in these facilities primarily involve various activated sludge techniques, including extended aeration and fixed and moving bed bioreactors. Energy consumption data, influent flow rates, and chemical oxygen demand (COD) concentrations in both incoming and outgoing wastewater were analyzed using several benchmarking methods. The study categorizes energy benchmarking methods into three main types based on complexity and accuracy. The first type includes normalization methods that utilize key performance indicators (KPIs) for evaluating energy efficiency and are widely adopted due to their simplicity. The second type encompasses statistical methods that involve linear regression techniques such as Ordinary Least Squares (OLS). The third type consists of linear programming methods, with advanced tools like Data Envelopment Analysis (DEA) being used for assessing system efficiency under complex conditions. The results from the performance evaluations indicate that smaller treatment plants tend to consume more energy across all analytical methods employed. Inefficient facilities were identified according to KPI analysis, with plants 7, 8, and 11 being the least efficient; OLS analysis highlighted plants 1, 3, and 4; while DEA identified plants 3, 5, and 8 as underperformers. A direct correlation was observed between plant efficiency and the ratio of food to microorganisms (F/M) in the effluent, alongside the operational percentage relative to design capacity. After normalizing the results using a weighted average approach, a comprehensive overview of energy benchmarking outcomes was achieved. The prioritization for optimization based on inefficiency was determined to be plants 3, 1, and 4. The integration of results from multiple analytical methods is crucial in scientific research and engineering as it provides a more holistic understanding of the subject matter. By amalgamating data from various approaches, patterns and overarching trends that may be overlooked in isolated analyses can be discerned. Each analytical method has its strengths and weaknesses; thus, merging results allows for leveraging each method's advantages while mitigating potential errors or uncertainties. Effective energy management in wastewater treatment facilities is essential not only for maintaining water quality but also for minimizing environmental harm. The findings underscore the need for serious attention to energy consumption management in WWTPs to enhance operational efficiency while safeguarding community health and environmental integrity.