1311

2

УДК 620.9:504

Жакевич М.О. Составление балансовых схем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / М.О. Жакевич, О.В. Кащенко; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 15 с; ил.1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Системы водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий», рассмотрены содержание и последовательность выполнения разделов расчетно-графической работы, даны рекомендации по расчёту расходов и концентраций загрязнений при составлении балансовых схем систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения расчётно-графической работы по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений.

© М.О. Жакевич, О.В. Кащенко 2016 © ННГАСУ, 2016.

3

ВВЕДЕНИЕ Одной из основных задач при проектировании и расчете сооружений систем водо-

пользования промышленных предприятий является составление балансовой схемы движения воды и примесей внутри предприятия или группы предприятий, уточнение путей поступления и выведения примесей в процессе оборота воды. Эта задача может быть решена c помощью составления ряда балансовых уравнений, которые учитывали бы количества поступающих и отводимых воды и примесей и их дифференцированное распределение между потребителями.

Для упрощения рассмотрения задачи допускаем, что производственный процесс на предприятии протекает непрерывно и однообразно, без каких либо изменений во времени, что расход воды, подаваемой на производство в единицу времени и ее качество, в частности, содержание в ней примесей, остаются неизменными. Рассмотрение ведем по отношению к одной примеси, диктующей определение расхода производственной воды, состава очистных сооружений для предварительной подготовки используемой воды и ее обработки после использования и условия сброса. Допускаем присутствие в воде, наряду с диктующей примесью, мешающих примесей, которые требуют специальных дополнительных мероприятий по обработке воды.

1. СИСТЕМА ПРЯМОТОЧНОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Принципиальная схема прямоточного использования воды (цеха, предприятия) приведена на рис.1.

На технологический процесс поступает расход воды Qтех , м3/ч c концентрацией примеси Cтех г/м3, тогда расход примеси, вносимой в технологический процесс:

Вода из источника, до поступления в технологический процесс, подвергается подготовке на специальных сооружениях с целью снизить концентрацию примесей в ней с

величины Cист до Cтех , т.е. на величину Сист - Стех . Для этого необходимо выделить из воды примеси:

DSвод' = Cист ×Qист - Cтех ×Qтех (1.2)

что связано с потерей воды Qпот' .

При использовании в производстве вода может теряться, входя в состав продукции, расходом Qтер , и испаряться в количестве Qисп .

Разница между потерей воды с примесью и потерей на испарение состоит в том, что с испаряющейся водой примесь, как правило, не уносится. Бывают случаи, когда пе-

рерабатываемая продукция сама выделяет воду с расходом Qпост , обогащая воду примесью в количестве Sпост с концентрацией Cпост . Содержание примеси в отработавшей воде будет

Sотр = Sтех + Sпост − Sтер (1.3)

Расход воды определяется уравнением:

Qотр = Qтех + Qпост − Qисп − Qтер (1.4)

что обусловливает концентрацию примеси, определяемую по уравнению:

Рис. 1 Принципиальная схема прямоточного использования воды (цеха, предприятия). «Блок ОС» - сооружения подготовки воды для промышленного водоснабжения;

«Блок ЛОС» - локальные очистные сооружения для очистки производственных сточных вод.

5

На выходные очистные сооружения при прямотоке будет поступать вода с параметрами, определяемыми уравнениями 1.3, 1.4, 1.5 (см. рис. 1).

Следует иметь в виду, что основным критерием при сбросе в водоем является не расход сбрасываемых сточных вод, а расход сбрасываемой примеси.

При сравнении расхода примеси, содержащейся в отработавших водах Sотр предельно возможным расходом ее Sсбр , может быть два случая:

1. Sотр ≤ Sсбр , то есть расход решающей примеси в отработавшей воде меньше или

равен допустимому для вод, сбрасываемых в водоем. В этом случае отработавшие воды могут сбрасываться в водоем без дополнительной очистки.

2. Отработавшая вода содержит примеси Sотр Sсбр . В этом случае вода перед сбро-

сом в водоем должна подвергаться специальной обработке для снижения содержания примеси на величину Sотр − Sсбр . Такая обработка связана с выделением или превращени-

ем в другую, безвредную примесь, определенной части рассматриваемой примеси в количестве Sвыд' и потерей некоторой части отработавшей воды Qпот' , связанной с техноло-

гическим процессом переработки примеси и ее транспортированием в места накопления. Таким образом, расход воды, подаваемой из источника на нужды предприятия, со-

ставляет в общем случае при прямотоке:

Уравнение баланса по расходу диктующей примеси по схеме рис. 1 запишется в форме:

Количество примеси, задерживаемое на сооружениях очистки воды, тогда определяется:

2. СИСТЕМА ОБОРОТНОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Принципиальная схема оборотного водопользования приведена на рис.2.

В соответствии с принятой схемой для технологического процесса расходуется воды Qтех с концентрацией примеси Cтех , что соответствует расходу примеси Sтех . Технологическое использование воды сопровождается поступлением в воду примеси в количе-

расходом Qотв удаляется из рабочего цикла на локальные очистные сооружения и сбрасывается, другая, большая часть, с расходом Qотр' поступает на внутрицикловые очист-

ные сооружения с целью освобождения ее от избытка примеси, выделенной в воду в процессе ее использования, и возвращается в технологический процесс.

При указанных условиях работы системы балансовое уравнение расхода воды может быть составлено на основании рассмотрения узловых балансов притока и отведения воды. Для узла подпитки системы уравнение баланса расходов имеет вид:

7

Обозначения в уравнениях принимаются по схеме рис. 2 и поэтому не расшифровываются в тексте.

Для узла технологического использования воды уравнение баланса расхода:

Qтех + Qпоcт = Qтер + Qисп + Qотр (2.3)

откуда для узла разделения потока воды на сброс и в оборот:

Qтех + Qпоcт = Qтер + Qисп + Qотр (2.4)

и для узла обработки воды на внутрисистемных очистных сооружениях баланс по воде представляется уравнением:

Делая соответствующие преобразования в уравнениях I-IV и подстановки в уравнение (I) получаем общее уравнение баланса расхода воды в системе, а, решая его относительно Q , находим расчетное количество воды для подпитки системы:

Из уравнения 10 следует, что для нормальной работы системы количество диктующей примеси, поступающей с подпиточной водой, не должно превышать алгебраической суммы, представленной в правой части уравнения.

Необходимость предварительной очистки подпиточной воды и количество примеси, которое требуется удалить из подпиточной воды, определяется из условия равенства

Sтех = Sоб + Sвод (2.11)

Если Sтех Sоб + Sвод , то подпиточная пода нуждается в обработке, а количество

диктующей примеси, которое при этом следует удалить из воды S подсчитывается по разнице:

DS = Sоб + Sвод - Sтех (2.12)

Величине S на рис.2 соответствует Sпот' .

В случае соблюдения условия Sтех ³ Sоб + Sвод подпиточная вода для системы в

предварительной обработке не нуждается. Отпадает надобность в строительстве головных очистных сооружений.

Следует иметь в виду, что принципиально система оборотного использования воды не нуждается в сбросе отработавшей воды. Действительно, как видно из рис.2, в обо-

ротный цикл примесь поступает: с водой источника Sвод и в процессе использования Sпост и выделяется вместе с водой, теряемой при использовании и при обработке Sтер , Sпот и

Sпот' .

Если все количество поступающей примеси будет устраняться из цикла, т.е. когда будет существовать равенство:

то концентрация примеси на отдельных участках цикла будет оставаться постоянной, какой-либо надобности в отведении воды из цикла не возникает.

Необходимость отведения воды из системы обусловливается следующим:

8

Наличии в воде, кроме диктующей примеси Sотр , удаляемой при обработке воды в

требуемом количестве, мешающей примеси Sм , не выделяемой из системы вообще или в

нужном количестве.

Если в оборотный цикл, в связи с содержанием примеси в воде или в связи с технологическим процессом, поступает некоторое количество мешающей примеси Sм , не выделяющейся при обработке, то постепенно концентрация ее повышается до некоторой предельной Cпредм , которая определяется условиями технологии, тогда, чтобы остановить

дальнейшее повышение концентрации этой примеси, необходимо вести расчет на отведение ее из цикла расходом воды, определяемым уравнением:

Тогда количество воды, поступающее на внутрисистемные очистные сооружения, определяется:

Qотв' = Qотр - Qотв (2.15)

Расход мешающей примеси, подлежащий выделению при обработке воды, будет: (2.16)

Отводится этой примеси:

(2.17)

Сравнивая расход диктующей или мешающей примеси, содержащейся в отводимой воде Sотв , с предельно возможным расходом ее в сбрасываемых водах Sсбр , можем иметь два случая:

1. Sотв ≤ Sсбр , т.е. расход примеси в сточной воде меньше или равен допустимому

расходу для вод, сбрасываемых и водоем. В этом случае сточные воды могут непосредственно сбрасываться в водоем без очистки.

2. т.е. в этом случае сточные воды, перед сбросом в водоем, должны быть подвергнуты специальной обработке, имеющей целью снижение расхода примеси на величину Sотв − Sсбр .

Производительность выходных очистных сооружений должна быть равна Qотв . Обработка сбрасываемой из системы воды связана с выделением примеси или пре-

вращением ее в безвредную примесь и потерей некоторой части сточной воды и

Qисп' . Если при обработке оборотной воды, по техническим или экономическим соображениям, снизить концентрацию примеси представляется возможным лишь до некоторой величиныCоб1 , большей по сравнению с требуемой величиной Cоб , то с водой, прошедшей обработку, в оборотную систему будет поступать примеси:

= Qоб ×Cоб1 (2.18)

что больше допустимого расхода примеси, т.е.:

Sоб = Qоб ×Cоб (2.19)

В связи с этим нарушится равновесие примеси, поступающей на технологический процесс, так как:

Sтех1 = Sоб + Sоб1 ³ Sтех (2.20)

Следовательно, необходимо уменьшить расход примеси, уходящей с водой после обработки с Sоб1 , до допустимого значения Sоб , т.е. на величину Sоб1 - Sоб .

9

При изменившихся условиях обработки воды из нее выделяется примесь с расхо-

дом Sвыд1 , что меньше, чем Sвыд при Sоб .

Следовательно, на обработку может подаваться не весь расход примеси, а меньший на величину:

(Sоб1 − Sоб ) + (Sвыд1 − Sвыд ) (2.21)

Это потребует отведения расхода воды:

где Cотр - концентрация примеси в отработавшей воде, что меньше, чем при прямотоке. С отводимой водой будет уноситься примеси:

Sотв = Qотв ×Cотр = Sоб1 - Sоб + Sвыд1 - Sвыд (2.23)

На практике могут встречаться случаи оборотного водопользования, когда отведение части воды из системы производится не непрерывно, а периодически.

При периодическом частичном наполнении и опорожнении системы, концентрация примеси с течением времени нарастает с Cотрmin до Cотрmax . Чтобы не превзойти установлен-

ной величины Cотрmax , необходимо установить периодичность процесса наполнения и опорожнения T и расход отводимой воды Qотв . При наполнении (пуск в эксплуатацию или после капитального ремонта) в систему поступит воды и примеси Sвод = Qвод ×Cвод

За период работы T в систему поступает дополнительно воды:

Qдоп = Qпост - Qисп - Qтер (2.24)

и вместе с ней дополнительно примеси

Sдоп = T ×Qдоп ×Cвод (2.25)

В результате концентрация примеси в воде системы повысится до концентрации, определяемой:

27)

Подставив в уравнение (2.27) значение Sдоп из уравнения (2.25) и решив его относительно T , получим:

= DC ×Q × (Qвод + Qдоп ) + Sвод ×Qдоп

T (2.28)

Qдоп ×Qвод ×Cвод

3. СИСТЕМА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Принципиальная схема последовательного использования воды приведена на рис. 3, где такие приведены соответствующие параметры воды.

При последовательном водопользовании вода, использованная на одном этапе, подается на следующий этап. Обработка воды перед сбросом в водоем осуществляется лишь в конце пути, проходимого водой, т.е. последнего этапа ее использования. Последовательно, например, может использоваться вода после бензиновых холодильников, где она на

Рис. 3 Принципиальная схема последовательного использования воды (цеха, предприятия).

1 - 2 - 3 -потребители, последовательно использующие вод