Μοντέλα μαθηματικού προγραμματισμού για τον υπολογισμό βέλτιστων στόχων στο σχεδιασμό ολοκληρωμένων συστημάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων

Abstract

Η χρήση νερού στις βιομηχανίες είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη, καθώς χρησιμοποιείται είτε ως φέρον μέσο διαφόρων συστατικών είτε ως αντιδραστήριο. Ως εκ τούτου, η ελαχιστοποίηση της παροχής του επιβάλλεται όχι μόνο για περιβαλλοντικούς αλλά και για οικονομικούς λόγους. Για το λόγο αυτό έχουν πραγματοποιηθεί πολλές μελέτες προκειμένου να υπάρξει ικανοποιητική προσέγγιση και ερμηνεία της διαδικασίας χρησιμοποίησης και ανακύκλωσης του νερού. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια καινούργια μεθοδολογία για την ελαχιστοποίηση της παροχής ρευμάτων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Η μεθοδολογία αυτή αποτελεί συνέχεια της δουλειάς που παρουσιάστηκε το 1999 από τους A. Alva-Argaez , A. Vallianatos και A.Kokossis, η οποία αφορά την εφαρμογή του αλγορίθμου μεταφόρτωσης (transhipment model ) σε προβλήματα κατασκευής δικτύων εναλλαγής μάζας και ελαχιστοποίησης υγρών αποβλήτων. Στο πρώτο μέρος της εργασίας αναφέρουμε κάποιες γενικές πληροφορίες για επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση υγρών αποβλήτων, παρουσιάζουμε τις γραφικές μεθόδους επίλυσης για προβλήματα ελαχιστοποίησης υγρών αποβλήτων για ένα συστατικό (SMITH, 2005) και τον αλγόριθμο μεταφόρτωσης για την επίλυση προβλημάτων δικτύων εναλλαγής μάζας (A. Alva-Argaez et al.,1999). Στο δεύτερο μέρος της εργασίας παρουσιάζουμε τον αλγόριθμο που προτείνουμε εμείς για την επίλυση προβλημάτων ελαχιστοποίησης παροχής ρευμάτων υγρών αποβλήτων. Στη συνέχεια παραθέτουμε κάποια παραδείγματα τα οποία επιλύθηκαν με την χρήση του αλγορίθμου και συγκρίνουμε τα αποτελέσματα που παρήχθησαν με τα αποτελέσματα που προκύπτουν αν επιλύσουμε τα ίδια προβλήματα με την γραφική μέθοδο και με ένα πακέτο λογισμικού, το WATER. Τα αποτελέσματα που παρήχθησαν προσεγγίζουν με μεγάλη ακρίβεια τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τις άλλες μεθοδολογίες. Τέλος, παρουσιάζουμε κάποια συμπεράσματα που προκύπτουν από την σύγκριση των αποτελεσμάτων που παράγουμε με τις υπόλοιπες μεθοδολογίες, καθώς και κάποιες προτάσεις για μελλοντική έρευνα.

Water use in industries is widespread, because of its use, either as a conveying mean of components or as a reagent. As a result, minimization of its consumption is imperative, not only for environmental reasons, but for economical as well. That is why, many studies have been held, so as a satisfactory approach and interpretation of the process of water use and recycle to exist. This study introduced a new methodology for targeting minimum wastewater treatment flowrate. This methodology follows the work that was presented in 1999 by A. Alva-Argaez, A. Vallianatos and A. Kokossis, concerning the application of the transhipment model in problems of mass exchange networks and wastewater minimization. The first part of this study includes some general information about wastewater treatment and reuse, the graphic solving methods of wastewater minimization problems for single contaminant (Smith, 2005), as well as the transhipment model for solving problems of mass exchange networks (Alva-Argaez et al., 1999). The second part of this study includes the recommended algorithm for solving problems of wastewater treatment flowrate minimization. Additionally, there are some examples, solved with the use of this algorithm, as well as a comparison among these results and those obtained by the graphic method and by the WATER software. The results obtained by the use of this algorithm are accurately close to those obtained by the other methodologies. Finally, there is a presentation of several conclusions originated from the comparison of the results that are produced by the other methodologies, as well as some suggestions for future research.