طراحي بهينه چندهدفه سيستم احياي بيولوژيكي آلودگي آبهاي زيرزميني بااستفاده از الگوريتم چندجامعه مورچه‌ها

Multi-objective Optimal Design of Groundwater Bioremediation Using Multi-objective and Ant Colony Algorithm

احياي درجاي بيولوژيكي، فناوري رايج براي پاك‌سازي آبخوان‌هاي آلوده به تركيبات نفتي محلول است. فرايند كنترل چنين سيستمي بسيار پيچيده است و بررسي جامع آن نياز به در نظر گرفتن بيش از يك هدف دارد. اين تحقيق به توسعه يك مدل شبيه‌سازي-بهينه‌يابي مي‌پردازد كه به‌صورت چندهدفه رويكردهاي مديريتي را با در نظر گرفتن هزينه، زمان عمليات احيا و استانداردهاي كيفيت آب، مورد بررسي قرار داده است. براي اين منظور از الگوريتم بهينه‌يابي چندهدفه چندجامعه‌اي مورچه‌ها در قالب دو مدل مديريتي پيشنهادي هزينه-زمان احيا و همچنين هزينه-تخطي از غلظت مجاز در پايان زمان احيا در تمامي نقاط آبخوان، استفاده شد. مدل بيوفلوم نسخه 2 براي شبيه‌سازي كمّي و كيفي آب زيرزميني، در نظر گرفته شد. متغيرهاي تصميم در مسيله دبي پمپاژ در چاههاي تزريق اكسيژن و مواد مغذي، دبي تخليه و همچنين مكان اين چاهها است. آبخوان شبيه‌سازي شده، فرضي و همگن بود. خروجي مدل منجر به ايجاد منحني‌هاي مصالحه‌اي شد كه بر اساس آنها تصميم گيرنده قابليت انتخاب جوابهاي بهينه مختلف را خواهد داشت. منحني مصالحه هزينه–زمان به‌دست آمده حداقل زمان ممكن را براي انجام عمليات احيا در اختيار تصميم گيرنده قرار مي‌دهد. حداكثر زماني كه فرصت انجام عمليات احيا تا قبل از رسيدن توده آلودگي به چاههاي كنترلي وجود دارد، از جمله نتايج به‌دست آمده است. همچنين منحني مصالحه هزينه-تخطي، چگونگي تغييرات هزينه با آزادسازي قيد غلظت مجاز را ارايه مي‌دهد. نتايج نشان از مفيد بودن مدل‌هاي پيشنهادي و قابليت الگوريتم چند جامعه‌اي مورچه‌ها در حل مسايل چند هدفه طراحي سيستم احياي آلودگي آبهاي زيرزميني دارد.

In situ bioremediation is one of the most regular technologies to clean up petroleum contaminated aquifers. Control process of such a complicated system is difficult and needs more than one management target. This study develops multi objective simulation/optimization model that consider cost and time of remediation process, and concentration violation from standard value as model objectives. For this propose two multi objective ant colony optimization (ACO) models have been developed, cost-time and cost-violations. The BIOPLUMEII model applies to simulate aquifer hydraulics and bioremediation. Injection rate of oxygen and nutrient, extraction rate in wells and well locations are decision variables. Simulated groundwater model is hypothetic and homogenous. For the case studies, the Pareto front is derived which enhances the decision maker to choose one which more suitable for him/her according to the priorities. The results of time-cost trade off curve showed minimum possible time for remediation process. Also, It was found maximum time for remediation before contamination plume reaches to downstream monitoring wells. The results of cost-violation trade off curve showed how to decrease cost of process with relaxation of standard concentration constraint. The following research shows the proposed multi objective models are useful for decision makers and also reveals the capability of ACO in multi objective optimization of groundwater bioremediation system design.