ارزیابی‌اطمینان‌پذیری تصفیه‌خانه فاضلاب شهری با استفاده از آنالیز درخت خطا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار /دانشکده مهندسی عمران. دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانش‌آموخته ارشد مهندسی /عمران مهندسی محیط زیست .دانشگاه خوارزمی تهران

3 دانشگاه آزاد اسلامی/ واحد تهران جنوب، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان

چکیده

با توجه به رشد سریع جمعیت و نیاز فزاینده برای آب پاک و قابل اطمینان، تصفیه‌خانه‌های فاضلاب نقش مهمی در تامین یک منبع قابل اطمینان آب ایفا می‌نمایند. در این ارتباط اطمینان‌پذیری یک تصفیه‌خانه فاضلاب، زمانی که پساب خروجی، مجدداً استفاده شده و یا به منابع آبی تخلیه می‌شود، مسئله‌ای حیاتی است. عوامل اصلی مؤثر بر عملکرد تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، تغییرات در ورودی، تغییرات ذاتی در فرآیندهای تصفیه و مشکلات طراحی و شکست‌های تجهیزاتی و عملیاتی است. بنابراین دستیابی به استانداردهای تخلیه و استفاده مجدد، نیازمند ارزیابی اطمینان‌پذیری تصفیه‌خانه است. از میان روش‌های مختلف ارزیابی اطمینان‌پذیری سیستم‌ها، روش آنالیز درخت خطا یکی از روش‌های معمول و کارآمد است. آنالیز درخت خطا یک روش استنتاجی تحلیل شکست از بالا به پایین است که در آن یک حالت نامطلوب از سیستم که شامل شکست یا عدم تحقق اهداف سیستم می‌باشد، تجزیه و تحلیل می‌شود. مطالعه موردی در این مقاله تصفیه‌خانه فاضلاب شهرک غرب تهران بوده که فرآیند آن لجن فعال متعارف بوده و پساب خروجی آن برای آبیاری فضای سبز پایین دست مورد استفاده قرار می‌گیرد. اجزای درخت خطا در این تحقیق شامل تخطی BOD تصفیه‌خانه از استاندارد آبیاری به عنوان رویداد نهایی و مواردی نظیر خطای اپراتور، خرابی تجهیزات و مشکل طراحی به عنوان رویدادهای پایه می‌باشد. مقدار احتمالات رویدادهای پایه با توجه به داده‌های موجود و نظرات کارشناسان و بهره‌برداران تصفیه‌خانه تعیین شده و احتمال رویداد نهایی محاسبه شده است. بر اساس نتایج به‌دست آمده احتمال بروز تخطی پساب خروجی 29 درصد برآورد شده که عوامل انسانی به خصوص خطای اپراتور بالاترین سهم را در  وقوع آن دارا می‌باشد. پس از آن عوامل مکانیکی، اقلیمی (کمیت و کیفیت فاضلاب ورودی) و عوامل مرتبط با شبکه در رده‌های بعد قرار می‌گیرند. در این رابطه جهت افزایش اطمینان‌پذیری و مدیریت ریسک اقداماتی با اولویت توجه به کاهش خطاهای مربوط به عوامل انسانی، افزایش سطح نظارت و بازرسی سیستم توصیه گردیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Reliability Analysis of a Municipal Wastewater Treatment Plant Using Fault Tree Analysis

نویسندگان [English]

  • M. Taheriyoun 1
  • M. Bahrami 2
  • S. Moradinejad 3
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology
2 MSc. Graduate, Department of Civil Engineering, Kharazmi University
3 Young Researchers and Elite Club, South Tehran Branch, Islamic Azad University
چکیده [English]

According to the rapid population growth and increasing need for clean and reliable water, wastewater treatment plants play an important role in providing a reliable source of water. In this regard, the reliability of a wastewater treatment plant is a critical issue while the effluent is reused or discharged to water resources. Main factors that affect the performance of a wastewater treatment plant are the variability of the influent, inherent variability in the treatment processes, deficiencies in design and mechanical equipments and operational failures. Thus, meeting established reuse and discharge criteria would require assessment of plant reliability. Amongst many techniques developed in system reliability analysis, Fault Tree Analysis (FTA) is one of the popular and efficient methods. FTA is a top down, deductive failure analysis in which an undesired state of a system, including failure to achieve system goals, is analyzed. The case study in this article is West Town wastewater treatment plant in Tehran which is a conventional activated sludge process and the effluent is used in irrigation of downstream green areas. The FTA components in this study include the violation of BOD from the standard limit for irrigation as the top event and cases such as operator fault, malfunction of the equipments and failure in the plant design as the basic events. The probabilities of basic events were determined based on available data and the experts’ and operators’ opinions and the probability of the top event was calculated. According to the obtained results, the probability of effluent BOD violation is estimated about 29%  in which human error specially operator’s fault has the highest share in its occurance. Subsequently the mechanical, climate (influent wastewater quantity and quality) and factors related to collection network are placed in the following order. In this regard, to increase the reliability and management of the risk, some measures with the priority  of focusing on reduction of human faults and incresing the level of supervision and inspection was recommended

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reliability
  • Wastewater Treatment Plant
  • Fault Tree Analysis (FTA)
  • Minimum cut set

امانت یزدی ل (1391) ارزیابی ریسک زیست‌محیطی آلودگی هوا در انبار شرکت پخش فرآورده‌های نفتی یزد و پهنه‌بندی آلودگی هوا با استفاده از‌ GIS. دومین کنفرانس برنامه‌ و مدیریت محیط زیست، دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست.

امیدوار ب، نظریها م، محمودیان م (1390) تخمین ریسک عدم تأمین آب توسط سیستم آبرسانی در اثر وقوع زلزله با استفاده از روش تحلیل درخت خطا، مطالعه موردی: سیستم ابرسانی مربوط به تصفیه‌خانه شماره 5 کلانشهر تهران. کنفرانس بین‌المللی آب و فاضلاب، تهران.

امینی ع (1384) آنالیز ریسک پذیری مخازن نگهداری آمونیاک و محاسبه ریسک مناطق مسکونی. اولین همایش ملی مهندسی ایمنی و مدیریت  HSE.

شرکت تأمین و تصفیه آب و فاضلاب استان تهران، تصفیه خانه شهرک غرب تهران، آدرس: http://tww.tpww.co.ir/fa/home

قراچورلو ن (1384) ارزیابی و مدیریت ریسک. انتشارات علوم و فنون: 122-123.

ولد‌خانی ا (1383) ارزیابی خطر انفجاردر بویلر‌های کارخانجات گلوکوزان به روش FTA. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس.

ولوی م (1382) ارزیابی قابلیت اطمینان با استفاده ‌از درختهای خطا مبتنی بر شبیه‌سازی مونت‌کارلو. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی کامپیوتر، دانشگاه صنعتی شریف.

Abdelgawad M A (2011) Hybrid decision support system for risk criticality assessment and risk analysis. Doctor of Philosophy Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering. University of Alberta.

Al Saleem A (2007) Performance analysis of sanitary wastewater treatment plants: reliability-based analysis. MSc Thesis, King Saoud University College of Engineering, Civil Engineering, Department.

Andreas L, Rosén L, Norberg T (2009) Fault tree analysis for integrated and probabilistic risk analysis of drinking water systems. Water Research 43(6): 1641–1653.

Beauchamp N, Lence B, Bouchard C (2010) Technical hazard identification in water treatment using fault tree analysis. Canadian Journal of Civil Engineering.‌37(6): 897-906.

Bedford T and Cooke R.M (2001) Probabilistic risk analysis: foundations and methods. Cambridge University Press, Cambridge: 302-327.

Bourouni K (2013) Availability assessment of a reverse osmosis plant: comparison between reliability block diagram and fault tree analysis methods. Desalination 313(15): 66–76.

Kelley D and Allison R (1981) Fault tree analysis and treatment plant instrumentation. Journal  of Water Pollution Control Federation 53(1): 43-47.

LiJun B (2008) A study on wastewater treatment systems reliability analysis. MSc Thesis. Hebei University of Technology.

Mercer S and Hrudey S (1990) Demonstration of quantitative risk assessment for a municipal water treatment plant chlorination process. Biennial Environmental Specialty Conference. Canadian Society for Civil Engineering. Hamilton, Ont.

Metcalf & Eddy Inc (2003) Wastewater engineering treatment and reuse. McGraw-Hill Companies Inc. 4th Edition: 1634-1649.

Oliveira S, Von Sperling M (2008) Reliability analysis of wastewater treatment plants. Water Research 42: 1182 – 1194.

Qasim Syed R (1999) Wastewater treatment plants, planning, design, and operation, CRC press. 2nd  Edition. United States of America: 379- 410.

Wu J, Yan S, Xie L (2011) Reliability analysis method of a solar array by using fault tree analysis and fuzzy reasoning. Petri net. Acta Astronautica 69: 960–968.