تدوین شاخص کیفی پساب تصفیه شده شهری با رویکرد استفاده مجدد از پساب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری مهندسی محیط زیست- آب و فاضلاب، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2 استاد دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

3 دکتری مهندسی محیط زیست-آب و فاضلاب دانشگاه عباس پور، تهران، ایران.

10.22034/jest.2019.14561

چکیده

زمینه و هدف: تعیین کیفیت پساب تصفیه خانه شهری جهت استفاده مجدد و یا دفع همواره با اهمیت بوده و بدین منظور آزمایشات گوناگونی صورت می گیرد. تدوین شاخص کیفی پساب  تصفیه شده شهری امکان بررسی سریع و آسان جهت انتخاب بهترین گزینه استفاده مجدد و دفع پساب را فراهم می کند. بدین منظور  شناخت پارامترهای کیفی مهم و موثر و تعیین میزان اهمیت هر پارامتر با توجه به کاربری پساب مورد نظر امری ضروری است.
روش بررسی: در این مطالعه پس از تشخیص پارامترهای کیفی مهم در پساب شهری با استفاده از روش دلفی با بهره گیری از ابزارهای تصمیم گیریچند معیاره، اوزان این پارامترها به منظور تدوین شاخص کیفی پساب تعیین شده است. سپس با تهیه زیرشاخص های هر پارامتر با استفاده از استانداردهای موجود در استفاده مجدد و دفع پساب و بهره گیری از روش­های تجمیع، ماتریس شاخص کیفی پساب تهیه شده است.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که متغیرهای BOD,COD,TSS,TDS,NH4,PO4و کلی­فرم­های مدفوعی، مهم­ترین پارامترهای کیفی پساب بوده و تدوین شاخص کیفی پساب با توجه به روش­های استفاده مجدد و دفع پساب و استفاده از اوزان متفاوت برای هر متغیر روش بسیار دقیق­تری محسوب شده و امکان بررسی سریع و ساده برای پساب هر تصفیه خانه و یا مقایسه بین تصفیه خانه های فاضلاب شهری مختلف را ممکن می­سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یک، شماره چهار، تیرماه 98

 

تدوین شاخص کیفی پساب تصفیه شده شهری با رویکرد استفاده مجدد از پساب

 

ملیحه فلاح نژاد تفتی[1]

m_falahnezhad@yahoo.com

ناصر مهردادی[2]

علی ترابیان[3]

حسین نایب[4]

تاریخ دریافت: 08/11/1393

تاریخ پذیرش:01/02/1394

 

چکیده

زمینه و هدف: تعیین کیفیت پساب تصفیه خانه شهری جهت استفاده مجدد و یا دفع همواره با اهمیت بوده و بدین منظور آزمایشات گوناگونی صورت می گیرد. تدوین شاخص کیفی پساب  تصفیه شده شهری امکان بررسی سریع و آسان جهت انتخاب بهترین گزینه استفاده مجدد و دفع پساب را فراهم می کند. بدین منظور  شناخت پارامترهای کیفی مهم و موثر و تعیین میزان اهمیت هر پارامتر با توجه به کاربری پساب مورد نظر امری ضروری است.

روش بررسی: در این مطالعه پس از تشخیص پارامترهای کیفی مهم در پساب شهری با استفاده از روش دلفی با بهره گیری از ابزارهای تصمیم گیریچند معیاره، اوزان این پارامترها به منظور تدوین شاخص کیفی پساب تعیین شده است. سپس با تهیه زیرشاخص های هر پارامتر با استفاده از استانداردهای موجود در استفاده مجدد و دفع پساب و بهره گیری از روش­های تجمیع، ماتریس شاخص کیفی پساب تهیه شده است.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که متغیرهای BOD,COD,TSS,TDS,NH4,PO4و کلی­فرم­های مدفوعی، مهم­ترین پارامترهای کیفی پساب بوده و تدوین شاخص کیفی پساب با توجه به روش­های استفاده مجدد و دفع پساب و استفاده از اوزان متفاوت برای هر متغیر روش بسیار دقیق­تری محسوب شده و امکان بررسی سریع و ساده برای پساب هر تصفیه خانه و یا مقایسه بین تصفیه خانه های فاضلاب شهری مختلف را ممکن می­سازد.

واژه­های کلیدی: شاخص کیفی پساب، فاضلاب شهری، استفاده مجدد، دفع، پارامترهای کیفی.

.

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 21, No.4, June, 2019

 

 

 

 

Developing Wastewater Quality Index (WWQI) for treated municipal wastewater with the wastewater reuse approach

 

Maliheh Falah Nezhad Tafti [5]*

m_falahnezhad@yahoo.com

Nasser Mehrdadi[6]

Ali Torabian [7]

Hossein Nayeb [8]

 

Admission Date: April 21, 2015

Date Received: July 1, 2015

Abstract

Background and Objective: Determining the wastewater quality index of municipal wastewater treatment plant for reuse or disposal purposes has always been an important issue. Therefore, developing a wastewater quality index facilitates the investigation and selection of the best option for wastewater reuse or disposal. Thus, determining the important quality parameters and the level of importance of each parameter in terms of the application of the wastewater are essential.

Method: In this study, after determining the important quality parameters by Delphi method, the weight of each factor was calculated using the multi-criteria decision making tools in order to develop the wastewater quality index. Then, the matrix for wastewater quality index was presented by defining the sub-indices for each parameter using the standards for wastewater reuse and disposal and by integration methods.

Findings: Results indicated that the quality parameters including BOD, COD, TSS, TDS, Fecal Coliform, pH, NH4 PO4 are the most important parameters. Also, developing the wastewater quality index through different methods for reuse and disposal and application of various weights for each parameter was found to be a more accurate and reliable method. This method allows for fast and simple evaluation of wastewater in each treatment plant and comparison of different municipal wastewater treatment plants.

Keywords: Wastewater Quality Index, Municipal wastewater, Reuse, Disposal, Quality parameters.

 

 

 

 

 

 

مقدمه

 

آب مهم­ترین جز تشکیل دهنده بدن انسان است. بدون آب هیچ­گونه حیاتی بر روی کره زمین وجود ندارد. کشورهای مختلف  و به ویژه کشورهای در حال توسعه، درصدد توسعه یک شاخص ملی هستند که در حوضه قلمرو و براساس شرایط منطقه­ای دارای اعتبار باشند. در این کشورها،استفاده گسترده­ای از شاخص­های کیفیت آب درمدیریت یکپارچه منابع آب صورت می­گیرد. اما در زمینه تهیه شاخص کیفی پساب در کشورهای مختلف تلاش به خصوصی صورت نگرفته است. لذا ارایه شاخص­هایی که در عین سادگی و دقت، متغیرهای کیفی محدودتری نیاز داشته باشند و در نتیجه با صرف وقت و هزینه کمتر، بتوان منابع تولید پساب تصفیه شده شهری را مورد پایش مستمر قرار داد امری ضروری است. این شاخص به منظور تخمین سریع کیفیت پساب، مقایسه سریع سیستم­های مختلف تصفیه فاضلاب و ارزیابی سریع بهبود کیفیت پساب بسیار مفید است. هم­چنین با استفاده از این شاخص تعیین کاربری پساب مورد نظر ممکن شده و قابلیت استفاده از پساب در بحث کشاورزی، صنعتی، چاه جاذب، آب سطحی و مصارف عمومی و شهری به طور هم­زمان بررسی می­شود که از نوآوری­های این تحقیق است. در ذیل چند تحقیق صورت گرفته در خصوص تدوین و کاربرد شاخص­های­ کیفیت آب ارایه می­گردد.

پسکه و واندلین (1) از شاخص­های مختلف کیفیت آب (WQI) برای بررسی اثر شهر کوردوبا بر آب رودخانه سوکویا[9] در کشور آرژانتین استفاده نمودند. تعداد 20 متغیر اندازه‌گیری شده شامل بسیاری از متغیرهای توصیه شده توسط سیستم پایش جهانی محیط زیست و برنامه محیط زیست ملل متحد می‌باشند که عبارتند از دما، سختی، DO، pH، هدایت الکتریکی(EC)، کدورت، نیتریت، نیترات، آمونیاک، کلرید، سولفید، BOD5، کلسیم، COD، منیزیم، روغن و چربی، فسفر، TDS، TS و کل کلی‌فرم موجود در آب. 

سانچز و همکاران (2) متغیرهای pH،DO ، دما، آمونیاک، نیتریت، نیترات، فسفر، BOD5، COD و TSS را مطابق استاندارد ((APHA,1999 مورد سنجش قرار دادند. کریمیان و همکاران (1385) تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب رودخانه زهره را پس از نمونه­برداری ماهانه از 9 ایستگاه در طول یک سال بررسی کردند و آنالیز پارامترهای DO،pH ،TDS ،BOD ،EC ، کدورت، دما، نیترات، کل فسفات و کلی­فرم را با استفاده از NSF انجام دادند(3).

در بحث فاضلاب تصفیه شده شهری ورلیچی و همکاران در 2010 (4) شاخص کیفی پساب در ایتالیا را با توجه به استانداردهای این کشور تخمین زدند. در این تحقیق 6 متغیر کیفی BOD، COD،SS ،Total P ،NH4 ،E.Coli  در نظر گرفته شد که دلیل انتخاب این پارامترها مطالعات قبلی بوده (5) و البته وزن این متغیرها یکسان در نظر گرفته شد، به استثنای E.coli که به دلیل اهمیت بیشتر، وزن 4/1 به آن تخصیص داده شد.

به صورت قانونی برای تخلیه و دفع پساب یا استفاده مجدد از آن، باید استانداردهای استفاده مجدد و دفع کاملا رعایت شود. تحلیل و آنالیز پارامترهای بسیار زیاد فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی بسیار دشوار و پیچیده است. لذا جهت تخمین شاخص کیفی پساب تصفیه شده باید پارامترهای کیفی مهم  و موثر بر کیفیت پساب شناسایی و بر اساس میزان اهمیت وزن دهی و اولویت بندی شوند.

یکی از مراحل اساسی تدوین شاخص کیفیت پساب، تعیین متغیرهای مهم و تاثیرگذار می‌باشد. نوع متغیرهای مهم بر حسب به نوع مصرف آب متفاوت خواهد بود. در بسیاری از پروژه‌های مطالعاتی و رفتارسنجی تعدد متغیرهای مورد اندازه‌گیری به منظور بیان کیفیت، یک موضوع مورد بحث بوده و بعضی اوقات تعیین کیفیت آب از روی تعداد زیاد نمونه‌ها که هر یک شامل غلظت‌ تعداد زیادی از متغیرهاست، دشوار می‌باشد. لذا در این تحقیق، محقق به دنبال ارابه شاخصی است که در عین سادگی و دقت، متغیرهای کیفی محدودتری نیاز داشته باشد و در نتیجه با صرف وقت و هزینه کمتر، بتوان منابع آبی را مورد پایش مستمر قرار داد. هورتون به­عنوان اولین کسی که شاخص کیفیت آب را در سال 1965 معرفی نمود، برای انتخاب متغیرهایی که در شاخص وارد می‌شود رعایت موارد ذیل را لازم دانسته است (6).

  • تعداد متغیرها باید محدود شود تا از پراکندگی شاخص جلوگیری شود.
  • متغیرهای انتخاب شده در اغلب مناطق کشور دارای اهمیت باشند.
  • متغیرها انتخاب شده بازتابی از بانک داده‌های موجود باشند.

اگرچه هورتون انتخاب 10 متغیر برای شاخص کیفیت آب را بر اساس کارهایش در کمیته بهداشت رودخانه اوهیو انجام داد، لیکن این شاخص در سایر قسمت‌های کشور آمریکا نیز به­کار گرفته شد. سپس در سال 1970 براون با همکاری همکاران خود شاخص کیفیت آب دیگری براساس روش دلفی بنا نهاد که در سال 1974 توسط بنیاد بهداشت ملی آمریکا شاخص مزبور مورد تایید قرار گرفته و بعد از آن به نام NSFWQI مشهور گردید(7). شاخص ارگان نیز در 1970 بر پایه روش دلفی تدوین شد(8).

بررسی سابقه اولیه اکثر شاخص‌ها نشان داد که انتخاب متغیرهای مهم به منظور ورود به سیستم تصمیم‌گیری کیفیت آب بر پایه نظرات کارشناسی استوار بوده است. بر این اساس و به منظور دخیل و شریک نمودن کارشناسان و محققین ، انتخاب متغیرهای دخیل در شاخص کیفیت پساب براساس روش دلفی صورت می‌گیرد.

مواد و روش­ها

در این مطالعه بررسی و شناخت پارامترهای کیفی پساب تصفیه شده و انتخاب گزینه های با اهمیت و وزن دهی به این پارامترها انجام می شود. سپس با به دست آوردن وزن هر متغیر و هم­چنین زیر شاخص هر متغیر و با استفاده از روش­های تجمیع ماتریس شاخص کیفی پساب حاصل می شود. روش انجام این مطالعه به صورت گام به گام به شرح زیر است:

  1. تعیین متغیرهای مهم و اثر گذار در کیفیت پساب: بدین منظور گام نخست، روش دلفی و انتخاب کارشناسان مربوطه در خصوص موضوع مورد تحقیق می‌باشد. لذا با بررسی لیست کارشناسان آب و فاضلاب و نیز بررسی نویسندگان مقالات مختلف در خصوص کیفیت آب و پساب در سطح دانشگاهیان، مهندسین مشاور، مراکز تحقیقاتی کشور و اپراتورهای تصفیه خانه های فاضلاب اقدام به انتخاب حدود 100 نفر کارشناس خبره در امر کیفیت آب و فاضلاب گردید. سپس پرسش‌نامه مناسب تنظیم شدکه حاوی جداول مختلفی بود که در مراحل تست روایی از رده خارج شدند و در نهایت جدولی برای غربال‌گری و انتخاب متغیرهای مهم و تاثیرگذار در کیفیت پساب ایران با توجه به مصارف مختلف تنظیم گردید. با توجه به این که اساس اجرای روش دلفی بر توافق حداکثری کارشناسان استوار می‌باشد، لذا در دسترس بودن کارشناسان و اعلام آمادگی و همکاری آنان در طول اجرای پروژه از مشکلات انجام تحقیق حاضر بوده است. پس از ارسال پرسش­نامه­ها، حدود 80 پرسش­نامه تکمیل شده بازگشت داد شد. سپس نظرات این کارشناسان جمع بندی و پارامترهای مهم شناسایی گردید.
  2. استفاده از روش AHP و تهیه ماتریس مقایسات زوجی: با روش سلسله مراتبی و تعیین معیارهای اهمیت پارامترها، با توجه به مصارف مختلف پساب تصفیه شده(آب سطحی، آب زیر زمینی، کشاورزی و آبیاری، مصارف صنعتی و تفرجی) وزن نهایی پارامترهای کیفی مهم مشخص شد.
  3. تهیه زیر شاخص متغیرهای کیفی: روش­های مختلفی جهت به دست آوردن زیر شاخص متغیرهای کیفی وجود دارد که از آن میان روش زیر شاخص خطی با توجه به سهولت و روان بودن آن انتخاب شد.
  4. استفاده از روش­های تجمیع و تهیه ماتریس شاخص کیفی پساب: روشه­ای تجمیع

در نهایت، پس از بدست آوردن وزن هر پارامتر  با استفاده از روش AHP و با استفاده از روشهای تجمیع، ماتریسی جهت تخمین کیفیت پساب و بهترین گزینه استفاده مجدد از آن حاصل می­شود.

نتایج و بحث

استفاده از روش دلفی در به­دست آوردن پارامترهای کیفی مهم پساب

در این بخش با بررسی لیست کارشناسان آب و فاضلاب و نیز بررسی نویسندگان مقالات مختلف در خصوص کیفیت آب و پساب در سطح دانشگاهیان، مهندسین مشاور، مراکز تحقیقاتی کشور و اپراتورهای تصفیه خانه های فاضلاب اقدام به انتخاب حدود 100 نفر کارشناس خبره در امر کیفیت آب و فاضلاب گردید. سپس پرسش‌نامه مناسب تنظیم شدکه حاوی جداول مختلفی بود که در مراحل تست روایی از رده خارج شدند و در نهایت جدولی برای غربال‌گری و انتخاب متغیرهای مهم و تاثیرگذار در کیفیت پساب ایران با توجه به مصارف مختلف تنظیم گردید. با توجه به این که اساس اجرای روش دلفی بر توافق حداکثری کارشناسان استوار می‌باشد، لذا در دسترس بودن کارشناسان و اعلام آمادگی و همکاری آنان در طول اجرای پروژه از مشکلات انجام تحقیق حاضر بوده است. پس از ارسال پرسش­نامه­ها حدود 80 پرسش­نامه تکمیل شده بازگشت داده شد. سپس نظرات این کارشناسان جمع بندی و پارامترهای مهم شناسایی گردید. به منظور اجرای این تحقیق لیستی از کلیه پارامترهای اندازه گیری شده در تصفیه خانه­های فاضلاب شهری تهیه شد و در جداول پرسش­نامه قرار گرفت. جدول (1) میانگین وزنی به دست آمده توسط هر پارامتر را نشان می دهد.


 

جدول 1- میانگین وزنی به دست آمده از روش دلفی

Table1- Average weight of quality parameters from Delphi method

پارامتر

کل جامدات معلق(TSS)

کل جامدات محلول(TDS)

pH

COD

قلیاییت

BOD

کلی فرم مدفوعی

آمونیاک

فسفر کل

فسفات

TKN

نیترات

دما

میانگین وزنی

02/3

97/2

97/2

53/2

4/2

54/2

05/4

28/3

3

27/3

12/2

62/2

63/2

 

 

با توجه به میانگین­های به دست آمده از دسته پارامترهای بیولوژیک BOD و کلی­فرم مدفوعی، از دسته پارامترهای فیزیکی TSSو TDS ، از دسته پارامترهای شیمیایی COD  و pH ، از دسته پارامترهای معدنی آمونیاک و فسفات بیشترین میانگین وزنی را داشته و به­عنوان پارامترهای موثر در کیفیت پساب انتخاب شدند.

استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی جهت تعیین میزان اهمیت هر متغیر در کیفیت پساب

اساس فرآیند تحلیل سلسله مراتبی بر یک ساختار سلسله مراتبی است که به خوبی تعریف شده و می­تواند مساله تصمیم را به خوبی شفاف نماید. این ماتریس سپس مبنای شکل دهی به ماتریس های قضاوت زوجی ( ماتریس های توافقی) واقع می­شود که در صورت سازگاری مناسب منجر به ارایه وزن­های مناسب و منطقی برای گزینه ها خواهد شد. از آن­جا که اهمیت هر متغیر با توجه به نوع کاربری پساب مشخص می شود، لذا در این تحقیق با استفاده از روش سلسله مراتبی و تعیین ماتریس مقایسات زوجی میزان اهمیت پارامترهای کیفی بر اساس نوع کاربری پساب تعیین می­شود.

اولین مرحله در فرآیند تحلیل سلسله مراتبی، تجزیه مساله به ساختار سلسله مراتبی شامل هدف، معیارها، زیر معیارها و گزینه­ها است. براساس مطالعات انجام شده پنج نوع کاربری زیر به عنوان مصارف اصلی پساب­های خروجی از تصفیه خانه­های فاضلاب شهری معرفی می­شوند: کشاورزی و آبیاری، مصارف تفرجی آبزی پروری و شهری، تخلیه به آب سطحی، تغذیه مصنوعی سفره های زیرزمینی،و مصارف صنعتی.

پس از تعریف ماتریس مقایسات زوجی برای معیارها و شاخصها، پرسشنامه هایی تهیه و توسط کارشناسان تکمیل شد و نتایج توسط نرم افزار Expert choice بدست آمد.

معیار های وزن دهی

بر اساس مطالعات انجام شده معیارهای اثر گذار بر اهمیت
پارامترهای کیفی پساب ها به شرح زیر انتخاب شدند: نوع فرایند، هزینه تصفیه، مخاطرات بهداشتی، زیبا شناختی و محیط زیست

نتایج تحلیل سلسله مراتبی


 

 

 

شکل1- نتایج تحلیل سلسله مراتبی جهت تعیین میزان اهمیت پارامترها با در نظرگرفتن گزینه­های استفاده مجدد از پساب

Figure 1- The results of AHP analysis for defining the importance of quality parameters considering reuse options

 

همان­طور که در نمودار­ها مشاهده می شود، با توجه به هر نوع کاربری پساب میزان اهمیت متغیرهای کیفی مختلف به دست آمد.

تهیه زیرشاخص های متغیرهای کیفی پساب

در اکثر شاخص­ها و در شاخص­های مهمی چون  NSFو Oregon کیفیت آب بر مبنای هر متغیر آب به صورت یک عدد بر مبنای مقیاس شاخص نهایی ارایه می­گردد. در واقع زیر­شاخص نشان­گر کیفیت آب بر مبنای هر متغیر کیفی است که به­صورت منحنی تغییرات و یا رابطه ریاضی ارایه می­شود. توابع مختلفی برای محاسبه زیرشاخص‌ها به­کار برده می‌شود که از آن جمله می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

1- تابع خطی[10]  2- تابع خطی قطعه‌ای[11]  3- تابع غیرخطی[12]  

 4- تابع غیرخطی قطعه‌ای [13]

زیرشاخص‌های خطی دارای مزیت سهولت محاسبات و فهم می‌باشند. لذا مفاهیم خطی احتمالاَ شناخته شده‌تر هستند. این خط از مبداء مختصات می‌گذرد که به ازای میزان آلودگی صفر مقدار زیر شاخص صفر می‌گردد و با افزایش میزان آلودگی عدد زیرشاخص افزایش می‌یابد. تابع خطی، ساده‌ترین تابع زیرشاخص می‌با‌شد که به­صورت رابطه ذیل خواهد بود:

(1)

I=αX                          

که در آن I: زیرشاخص، X: متغیر آلودگی و α: ضریب ثابت است.

 

شکل2- تابع خطی زیرشاخص افزایشی (9)

Figure 2- Linear form of increasing sub-index

از آن­جایی که متغیرهای کیفی مختلف رنج تغییرات و واحدهای متفاوتی دارند، نرمال سازی باید انجام شود تا زیرشاخص ها در یک بازه تغییر کنند. به منظور ترسیم منحنی های امتیاز دهی دو نقطه اصلی برای هر پارامتر در نظر گرفته شد (4).

-کمترین مقدار برابر یک

- بیشترین مقدار برابر میزان استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست جهت استفاده مجدد از پساب در کشاورزی :زیرا سایر کاربری های پساب استاندارد سختگیرانه تری داشته و در بازه  استاندارد کشاورزی قرار می گیرند.

با توجه به مطلب فوق برای هر 8 متغیر منحنی های امتیاز دهی ترسیم شد به شکلی که کمترین مقدار آن یک و بیشترین مقدار آن برابر با استاندارد استفاده از پساب در کشاورزی باشد. در شکل 2 منحنی امتیاز دهی برای متغیر COD و با در نظر گرفتن استانداردکاربری کشاورزی رسم شده است. برای سایر متغیرها نیز منحنی امتیاز دهی مشابه با در نظر گرفتن استاندارد کشاورزی رسم می شود.  میزان استاندارد استفاده مجدد و تخلیه پساب از استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران و در نبود استاندارد ایران از استاندارد اردن و WHO استفاده شده است.(جدول 2)

با توجه منحنی­های امتیاز­دهی به دست آمده برای سایر کاربری­های پساب میزان غلظت استاندارد جدول (1) را درنمودار­های امتیازدهی قرار داده و زیر شاخص کیفی برای هر متغیر بدست می­آید.

منحنی pH  به صورت خطی پله ای تعریف گردید، به گونه­ای که برایpH  بین 6 تا 9 امتیاز یک و برای pH کمتر از 6 و بیشتر از 9 امتیاز 100 در نظر گرفته شد.

 

 

شکل3- منحنی امتیازدهی پارامترهای کیفی مختلف جهت تعیین زیرشاخص­ها

Figure 3- Rating curve of quality parameters for defining sub-indice

 

جدول2-محدوده مجاز پارامترهای کیفی پساب (استاندارد ایران، اردن و WHO )

Table 2- Permissible thresholds of effluent quality index standards (Iran, Jordanian, WHO)

 

BOD(Mg/l)

COD(Mg/l)

TSS(Mg/l)

Fecal Coliform

NH4(Mg/l)

PO4(Mg/l)

pH

TDS(Mg/l)

مصارف کشاورزی

100

200

100

400

50

15

5/8-6

1500

مصارف تفرجی،شهری و ابزی پروری

5

10

30

400

02/0

1

9-6

750

استفاده صنعتی

30

75

30

200

2

4

9-6

1000

تخلیه به آب سطحی

30

60

40

400

5/2

6

5/8-5/6

1500

تخلیه به چاه جاذب

30

60

40

400

1

6

9-5

1500

 


استفاده از روش­های تجمیع و تخمین تابع شاخص کیفی

مراحل تجمیع یکی از مهم­ترین مراحل محاسبه هر شاخص زیست محیطی می‌باشد و در ذیل برخی از روش‌های ساده‌سازی و جمع زیرشاخص‌ها که شاخص نهایی را نتیجه می‌دهد، ارایه خواهد شد. برخی از روش‌ها و توابعی که در فرآیند جمع بندی و جمع زیرشاخص به کار می‌روند عبارتند از:

1- شکل جمع وزنی زیرشاخص‌ها

2- ریشه جمع توان[14]

3- ریشه میانگین مجذور[15]

4- شکل حاصل‌ ضربی[16] 

شکل جمع وزنی زیر شاخص­ها یکی از پر کاربردترین فرم­های تجمیع در تخمین شاخص­های زیست محیطی می باشد. جمع وزنی زیرشاخص­ها ضرب هر زیرشاخص در یک ضریب و یا فاکتور وزنی می‌با‌شد. معمولاً فاکتورهای وزنی چنان اختیار می‌گردد که جمع آنها برابر واحد گردد. شکل عمومی جمع خطی وزنی به صورت رابطه (2) می‌باشد.

(2)

 

     به طوری که                         

اگرچه در جمع خطی وزنی محدوده ابهام حذف می‌شود، لیکن
مشکل جدید و جدی‌تری پیش می‌آید. این مشکل که به نام تاریکی نامیده می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که حداقل یکی از متغیرهای کیفی به ضعیف‌ترین حد خود رسیده باشد اما شاخص کلی این حقیقت را بازگو نمی‌کند. شکل(4) نمودار کلی جمع خطی وزنی را برای دو متغیر X1 و X2 نشان می‌دهد.

 

 

 

شکل4- فرم کلی جمع خطی وزنی I=W1I1+W2I2

Figure 4- Typical form of linear sum of weights

 

 

با در نظر گرفتن مطالب فوق روش تجمیع خطی وزنی بعنوان روش جمع بندی زیر شاخص­ها انتخاب شد.

بدین ترتیب ماتریسی مطابق جدول (3) تشکیل شده و برای هر نمونه پساب تصفیه شده شاخص کیفی آن برای کاربری­های مختلف پساب و با استفاده از اوزان به دست آمده از تحلیل سلسله مراتبی محاسبه می شود و بهترین کاربری برای هر نمونه از پساب تصفیه­خانه­های فاضلاب شهری قابل شناسایی می­شود.

نظر به این­که در بحث فاضلاب تصفیه شده شهری کلاسه بندی خاصی در قوانین و استانداردهای محیط زیستی وجود ندارد، با استفاده از این روش هر کاربری جداگانه می­تواند بررسی شود و در صورتی که میزان شاخص کیفی نمونه پساب از شاخص کیفی حد استاندارد آن کاربری بیشتر نشود قابل استفاده در آن کاربری شناخته می­شود.

 

 

 

 


جدول3- ماتریس حاصل از اوزان بدست آمده  از AHP و زیرشاخص­های متغیرهای کیفی پساب

Table3- The net weight of parameters from AHP and sub-indices from effluent quality variables

متغیرهای کیفی

کشاورزی

آب سطحی

تغذیه زیر زمینی

تفرجی وشهری

صنعتی

وزن(w)

WQ

وزن(w)

WQ

وزن(w)

WQ

وزن(w)

WQ

وزن(w)

WQ

BOD

07/0

7

097/0

3

135/0

14/4

14/0

83/0

09/0

61/2

COD

07/0

7

097/0

3

13/0

99/3

13/0

77/0

07/0

59/2

TSS

06/0

6

057/0

3/2

068/0

76/2

1/0

07/3

04/0

35/1

Fecal Coliform

4/0

40

24/0

24

16/0

16

16/0

16

23/0

72/11

NH4

12/0

12

19/0

1/1

16/0

48/0

14/0

15/0

16/0

79/0

PO4

129/0

9/12

19/0

7/7

097/0

94/3

15/0

14/1

16/0

27/4

PH

001/0

0

004/0

0

001/0

09/0

03/0

03/0

04/0

04/0

TDS

151/0

1/15

125/0

5/12

16/0

16

15/0

58/7

22/0

41/14

شاخص کیفی نهایی پساب(ΣWQ)

100

 

6/53

 

4/47

 

5/29

 

8/37

 

 

با توجه به آستانه شاخص کیفی پساب به دست آمده در هر کاربری در جدول (3) می­توان برای هر نمونه پساب روش استفاده مجدد از آرا با استفاده از این ماتریس انتخاب نمود. به عنوان نمونه با قرار دادن پارامترهای کیفی یک نمونه پساب در ماتریس فوق نتایج جدول (4) حاصل شد.


 

 

جدول4- بررسی شاخص کیفی برای یک نمونه پساب و تعیین گزینه های ممکن جهت استفاده مجدد از پساب

Table4- Assessing quality index for one sample and defining probable options for reusing effluent

   

 

کشاورزی

آب سطحی

تغذیه زیرزمینی

تفرجی وشهری

صنعتی

پارامترهای کیفی

 پساب

(زیر شاخص)

Q

w

WQ

w

WQ

w

WQ

w

WQ

w

WQ

BOD

3

97/3

07/0

28/0

1/0

39/0

14/0

54/0

14/0

56/0

09/0

34/0

COD

10

95/5

07/0

42/0

1/0

58/0

13/0

77/0

13/0

77/0

07/0

4/0

TSS

4

96/4

06/0

3/0

06/0

28/0

07/0

34/0

1/0

5/0

04/0

22/0

Fecal

Coliform

600

5/149

4/0

8/59

24/0

88/35

16/0

92/23

16/0

92/23

23/0

68/34

NH4

3

94/6

12/0

83/0

19/0

32/1

16/0

11/1

14/0

97/0

16/0

11/1

PO4

1/3

46/21

13/0

77/2

19/0

08/4

1/0

08/2

15/0

22/3

16/0

35/3

PH

10

1

001/0

001/0

004/0

004/0

0.001

0.001

03/0

03/0

04/0

04/0

TDS

550

3/37

15/0

63/5

13/0

66/4

16/0

97/5

15/0

6/5

22/0

02/8

 

 

 

 

03/70

 

19/47

 

82/34

 

56/35

 

16/48

گزینه های ممکن

جهت استفاده مجدد

از پساب

 

 

TRUE

 

TRUE

 

TRUE

 

FALSE

 

FALSE

 

با توجه به جدول (4) نمونه پساب مذکور جهت تغذیه آب­های زیر زمینی، آب سطحی و کشاورزی مناسب بوده اما جهت مصارف صنعتی و تفرجی نامناسب می­باشد.

نتیجه گیری

با انجام این مطالعه و بررسی نتایج به دست آمده جهت تدوین شاخص کیفی پساب با رویکرد استفاده مجدد از پساب مزایای استفاده از این روش جهت تخمین شاخص کیفی پساب عبارتند از:

  1. با توجه به هر نوع کاربری پساب، وزن­های متفاوتی به پارامترهای کیفی داده می شود که نشان دهنده میزان اهمیت آن پارامتر در آن کاربری خاص است و از وزن­های یکسان (اهمیت یکسان) در همه کاربری­های مختلف استفاده نمی­شود. در نتیجه به صحت نتایج به دست آمده اطمینان بیشتری می­توان داشت.
  2. جهت بررسی کیفیت پساب تصفیه­خانه­های فاضلاب شهری  این شاخص قابل استفاده است و به سهولت و سرعت امکان بررسی کیفیت پساب در زمانهای مختلف را فراهم می­کند.
  3. از آن­جا که جهت تهیه زیر شاخص­ها از استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست، اردن، WHO و .. استفاده شده و از اطلاعات موجود پساب تصفیه شده استفاده نشده است، لذا شاخص به دست آمده قابلیت استفاده برای همه تصفیه­خانه­های فاضلاب شهری کشور را داشته و به دلیل استفاده نکردن از داده­های کیفی پساب جهت تخمین زیر شاخص­ها، از تلورانس کمتری برخوردار است.
  4. با استفاده از شاخص کیفی به دست آمده به راحتی می­توان قابلیت استفاده مجدد از پساب خروجی از تصفیه­خانه­های مختلف را با سیستم­های تصفیه متفاوت مقایسه کرد.

 

 

 

Reference

  1. Pesce, S.F., D.A. Wunderlin, 2000, Use Of Water Quality Indices To Verify The Impact Of C0rdoba City (Argentina) On Suquõâ River, Wat. Res. Vol. 34, No.11, Pp. 2915-2926.
    1. Sanchez, E.M., F. Colmenarejo, J. Vicente, A. Rubio, M.G. Garcı´a, L. Travieso, R. Borja, 2007,Use of the water quality index and dissolved oxygen deficit as simple indicators of watersheds pollutionECOL INDIC 7 (2) pp 315-328 .
    2. Karimian, A., Jafarzade, N., Nabizadeh, R., Afkhami, M.,2006, developing data bank of riverwater quality index, Case study of ZOHRE river, 7th international congress in river engineering, in CHAMARAN university.
    3. Verlicchi, P. Masotti , L. Gallett, A. 2010, Wastewater polishing index: a tool for a rapid quality assessment of reclaimed wastewater, Environ Monit Assess (2011) 173:267–277.
      1. Metcalf & Eddy, 1991. Wastewater engineering Treatments, disposal and reuse (3rd ed.). Singapore:McGraw-Hill.
      2. Horton Horton RK  (1965). An  index number system  for  rating water quality. JWat. Pollut. Con. Fed., 37(3): 300–305.
      3. NSF water quality index 1970 data available at http://www.nsf.org/ consumer/earth_day/ wqi.asp.
      4. Oregon Secretary of State (1998), Oregon Administrative Rules, 1998 Compilation, State of Oregon, Oregon: Salem, OAR, 9, pp 340-41-470.
      5. Ott,W.R.,1978,Environmental Indices: Theory and Practice. Arbor, MI: Ann Arbor Science Publishers Inc.


1- دکتری مهندسی محیط زیست- آب و فاضلاب، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2- استاد دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

3- استاد دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

4- دکتری مهندسی محیط زیست-آب و فاضلاب دانشگاه عباس­پور، تهران، ایران.

1- PhD Graduated of Environmental Engineering, Faculty of Environment, Tehran University, Tehran, Iran.

* (Corresponding Author)

2- Professor of Environmental Engineering, Faculty of Environment, Tehran University, Tehran, Iran.

3- Professor of Environmental Engineering, Faculty of Environment, Tehran University, Tehran, Iran.

4- Ph.D. Graduated of Environmental Engineering, Abbaspoor University, Tehran, Iran.

1-Suquia

1- Linear Function

2- Segmented Linear Function

3- Nonlinear Function

4- Segmented Nonlinear Function

[14]-Root Sum Power

[15]- Root Mean Square

[16]- Multiplicative form

  1. Pesce, S.F., D.A. Wunderlin, 2000, Use Of Water Quality Indices To Verify The Impact Of C0rdoba City (Argentina) On Suquõâ River, Wat. Res. Vol. 34, No.11, Pp. 2915-2926.
    1. Sanchez, E.M., F. Colmenarejo, J. Vicente, A. Rubio, M.G. Garcı´a, L. Travieso, R. Borja, 2007,Use of the water quality index and dissolved oxygen deficit as simple indicators of watersheds pollutionECOL INDIC 7 (2) pp 315-328 .
    2. Karimian, A., Jafarzade, N., Nabizadeh, R., Afkhami, M.,2006, developing data bank of riverwater quality index, Case study of ZOHRE river, 7th international congress in river engineering, in CHAMARAN university.
  2. Verlicchi, P. Masotti , L. Gallett, A. 2010, Wastewater polishing index: a tool for a rapid quality assessment of reclaimed wastewater, Environ Monit Assess (2011) 173:267–277.
    1. Metcalf & Eddy, 1991. Wastewater engineering Treatments, disposal and reuse (3rd ed.). Singapore:McGraw-Hill.
    2. Horton Horton RK  (1965). An  index number system  for  rating water quality. JWat. Pollut. Con. Fed., 37(3): 300–305.
  3. NSF water quality index 1970 data available at http://www.nsf.org/ consumer/earth_day/ wqi.asp.
  4. Oregon Secretary of State (1998), Oregon Administrative Rules, 1998 Compilation, State of Oregon, Oregon: Salem, OAR, 9, pp 340-41-470.
  5. Ott,W.R.,1978,Environmental Indices: Theory and Practice. Arbor, MI: Ann Arbor Science Publishers Inc.