تعداد نشریات | 44 |
تعداد شمارهها | 1,306 |
تعداد مقالات | 15,978 |
تعداد مشاهده مقاله | 52,404,576 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 15,164,647 |
استفاده از معادلات دیفرانسیل استوکاستیک در بررسی عدم قطعیت های مرتبط با بهره برداری از تصفیه خانه فاضلاب لجن فعال | ||
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز | ||
مقاله 10، دوره 54.2، شماره 115، شهریور 1403، صفحه 123-136 اصل مقاله (3.23 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/ceej.2023.54692.2211 | ||
نویسندگان | ||
وحید نورانی1؛ رضا شهیدی زنوز1؛ مهدی دینی* 2 | ||
1گروه آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز | ||
2گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان | ||
چکیده | ||
امروزه مدیریت هرزآبهای سطحی توسط تصفیهخانههای فاضلاب (WWTP)، جزو یکی از ملزومات مهندسی محیط زیست شمرده میشود. یکی از مکانیسمهای WWTP، لجن فعال مربوط به پارامتر اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD) است. در طراحیهای معمول از معادلات دیفرانسیل خطی حاکم بر سیستم استفاده میگردد، لیکن در این معادلات از ماهیت نوسانی مقدار میکروارگانیسمهای مصرفی برای کنترل BOD و عدم قطعیت پارامترهای دخیل در معادلات صرفنظر میشوند. این نوسانات و عدم قطعیتها در نتایج مدلسازی میتواند کمک شایانی به طراحان از دو منظر مدیریت ریسک و هزینه و سهولت نظارت بر قسمتهای لجن فعال نماید. در این تحقیق سعی بر ارائه یک مدل تصادفی با استفاده از معادلات استوکاستیک (Stochastic) (SDE) بهجای معادلات خطی عادی (ODE) جهت طراحی و شبیه سازی فرآیند لجن فعال تصفیه خانه با اعمال عدم قطعیت ها در محاسبات ارائه شود. مدلسازی و آنالیز برای دو پارامتر BOD و دبی فاضلاب (Q) صورت گرفت. برای این منظور، معادلات حاکم بر واحد تصفیه بیولوژیکی بررسی و معادلات خطی ODE حاکم بر سیستم لجن فعال به SDE تبدیل و عدم قطعیت ها بر پارامترهای خروجی از بخش ته نشینی ثانویه اعمال شد. محاسبات با استفاده از SDE و حل انتگرال به روش اویلر- مارویاما (Euler-Maruyama) برای 15 روزه متوالی از بازۀ زمانی (2020-2019) برای WWTP شهر تبریز انجام یافت. ضرایب بهینه برای SDE برای دو متغیر Qeff و BODeff تعیین و مقایسه نتایج نشان دهندۀ قابلیت مناسب حل عددی برای متغیرهای محاسباتی مذکور بودند. اختلاف دو روش SDE با ODE در محاسبه BODeff معادل 47/11 درصد و برای محاسبه Qeff معادل 11/10 درصد به دست آمد. | ||
کلیدواژهها | ||
واحد لجن فعال؛ عدم قطعیت؛ حرکت براونی؛ فرآیند وینر؛ تصفیه خانه فاضلاب تبریز | ||
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
مراجع | ||
لقمانیبرید ق، محسنیمقدم م، "بررسی روش های عددی اویلر- ماریاما و میلشتاین برای حل معادلات دیفرانسیل تصادفی"، مجله علوم دانشگاه تهران، 1383، 30 (1)، 31-23.
مؤمنی ع، کامرانی م، "حل عددی و شبیه سازی معادلات رندم با فرایندهای وینر و پواسون مرکب"، پژوهش های نوین در ریاضی، 1398، 5، 93-106. BECK MB, “Water quality modeling: a review of the analysis of uncertainty”, Water Resources Research, 1987, 23, 1393-1442. https://doi.org/10.1029/WR023i008p01393 Browning AP, Warne DJ, Burrage K, Baker RE, Simpson MJ, “Identifiability analysis for stochastic differential equation models in systems biology”, Journal of the Royal Society Interface, 2020, 17, 20200652. https://doi.org/10.1098/rsif.2020.0652 Dexter NC, Webster CG, Zhang G, “Explicit cost bounds of stochastic Galerkin approximations for parameterized PDEs with random coefficients”, Computers and Mathematics with Applications, 2016, 71, 2231-2256. https://doi.org/10.1016/j.camwa.2015.12.005 Erfanian HR, Hajimohammadi M, Abdi MJ, “Using the Euler-Maruyama method for finding a solution to stochastic financial problems”, International Journal of Intelligent Systems and Applications, 2016, 8, 48. https://doi.org/10.5815/ijisa.2016.06.06 Evans LC, “An introduction to stochastic differential equations”, American Mathematical Soc., 2012. Harris C, “Modelling, simulation and control of stochastic systems with applications in wastewater treatment”, International Journal of Systems Science, 1977, 8, 393-411. https://doi.org/10.1080/00207727708942050 Higham DJ, “An algorithmic introduction to numerical simulation of stochastic differential equations”, SIAM Review, 2001, 43, 525-546. https://doi.org/10.1137/S0036144500378302 Kabouris JC, Georgakakos AP, “Stochastic control of the activated sludge process”, Water Science and Technology, 1991, 24, 249-255. https://doi.org/10.2166/wst.1991.0163 Lin SD, “Water and wastewater calculations manual”, McGraw-Hill Education, 2014. Mauritsson G, “Simulation of wastewater treatment plants modeled by a system of nonlinear ordinary and partial differential equations”, Master's Theses in Mathematical Sciences, 2013. Metcalf L, “Wastewater engineering: treatment and reuse”, Metcalf & Eddy Inc. McGraw-Hill Inc., New York, 2003. Richardson M, “Numerical methods for option pricing”, University of Oxford, Special topic, 2009. Särkkä S, “Recursive bayesian inference on stochastic differential equations”, Helsinki University of Technology, 2006. Serrano S, “Development of the instantaneous unit hydrograph using stochastic differential equations”, Stochastic Hydrology and Hydraulics, 1990, 4, 151-160. https://doi.org/10.1007/BF01543288 Sin G, Gernaey KV, Neumann MB, Van Loosdrecht MC, Gujer W, “Uncertainty analysis in WWTP model applications: a critical discussion using an example from design”, Water Research, 2009, 43, 2894-2906. https://doi.org/10.1016/j.watres.2009.03.048 Soto J, Infante S, “Ensemble kalman filter and extended kalman filter for state-parameter dual estimation in mixed effects models defined by a stochastic differential equation”, International Conference on ‘Knowledge Society: Technology, Sustainability and Educational Innovation’, 2019, Springer, 285-300. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37221-7_24 Wylie EB, Streeter VL, “Fluid transients. New York, 1978. Xiu D, Hesthaven JS, “High-order collocation methods for differential equations with random inputs”, SIAM Journal on Scientific Computing, 2005, 27, 1118-1139. Zhang L, Cui B, Yuan B, Zhang A, Feng J, Zhang J, Han X, Pan L, Li L, “Denitrification mechanism and artificial neural networks modeling for low-pollution water purification using a denitrification biological filter process”, Separation and Purification Technology, 2021, 257, 117918. https://doi.org/10.1137/040615201 | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 316 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 32 |