Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптимизация выбора технических и технологических решений (на базе систем водоотведения). Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Н.С. Серпокрылов, А.С. Смоляниченко,
Е.Н. Серпокрылов
ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА ТЕХНИЧЕСКИХ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
(на базе систем водоотведения)
Учебное пособие
Ростов-на-Дону
ДГТУ
2018
1
УДК 628.3
© Серпокрылов
Н.С.,
ББК 38.761.2
С 33
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор А.В. Ищенко,
(Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова
Донского государственнго аграрного университета)
кандидат технических наук, доцент Е.Е. Щуцкая
(г. Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет)
Серпокрылов, Николай Сергеевич.
С 33
Оптимизация выбора технических и технологических
решений (на базе систем водоотведения): учеб. пособие /
Н.С. Серпокрылов, А.С. Смоляниченко, Е.Н. Серпокрылов ;
Донской гос. техн. ун-т. – Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2018. – 93 с.
ISBN 918-5-7890-1451-6
Изложена методология выбора технических и технологических решений по оптимизации вариантов ретехнологизации действующих систем ВиВ на базе анализа их фактического состояния и
режимов работы. Подробно описан механизм протекания химических реакций в сточных водах при их транспортировании, а также
приведены схемы и методы очистки сточных вод.
Предназначено для магистров и иностранных студентов всех
форм обучения по направлению 08.03.01 «Строительство. Профиль
подготовки «Водоснабжение и водоотведение».
УДК 628.3
ББК 38.761.2
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Донского государственного технического университета
ISBN 918-5-7890-1451-6
Смоляниченко А.С.,
Серпокрылов Е.Н., 2018
© ДГТУ, 2018
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
.....................................................................
..5
ВВЕДЕНИЕ
...............................................................................
8 1.
Обоснование выбора технических
..
1.1.
Основы процессов взаимодействия
1.1.1
. Азотфиксация в системах водоо
тведения
.......
..9
1.1.2
. Закономерности трансформации сульфатов
..
1.2.
Регулирование окислительно
-
восстановительных
2.
Выбор технических решений по наилучшим
...
2.1.
Краткая характеристика современного уровня
..
2.2.
Условия выбора по показателям эффективности
...
3. Интенсификация процессов и сооружений очистки
..
3.1.
Теоретические аспекты и методология
..
3.2.
Методики обоснования выбора технологических
3.2.1
. Методология выбора инновационных
...
и технологических решений при оптимизации сетей
водоотведения..................................................................
компонентов сточных вод в сетях водоотведения 9
при транспортировании сточных вод..............
свойств сточных вод при транспортировании..........
доступным технологиям очистки сточных вод
муниципальных образований.........................................
очистки сточных вод в России по НДТ..................
НДТ для ГСВ............................................................
сточных вод для выбора НДТ.........................................
9
15
19
29
30
35
43
интенсификации процессов и сооружений
очистки сточных вод................................................
и технических решений для НДТ........................... 46
решений по ресурсно-экологическому
потенциалу........................................................
3
43
50
3.2.1.1
. РЭП выбора технологии доочистки
биологически очищенных сточных вод
...
3.2.1.2
. РЭП выбора технологии
физико
-
...
3.2.2
. Методики ранжирования
...
4. Обоснование выбора технологических схем
..
4.1. Развитие методов интенсификации процессов
......
4.2.
Особенности окислительной способности
..
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
......................................................................
...89 РЕКОМЕНДУЕМАЯ Л
ИТЕРАТУРА
.....................................
90
фильтрованием...........................................
50
химической обработки сточных вод........
и эквипроцентирования при сравнительном
выборе вариантов..............................................
и интенсификация процессов и сооружений
биологической очистки сточных вод в рамках НДТ....
и сооружений биологической очистки сточных
вод. Интенсификация автотрофной
нитрификации при очистке сточных вод...........
аэробной биомассы в течение суток.......................
58
72
73
74
82
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Этимологически слово «оптимизация» происходит от латинского (optimus – наилучший) и означает выбор наилучшего
варианта из возможных. Имеются десятки определений термина, применительно к отраслевой деятельности пользователей. Однако обобщенно можно сказать, что оптимизация –
процесс максимизации выгодных характеристик, соотношений
и минимизации расходов. Задача оптимизации сформулирована, если даны критерий оптимальности и варьируемые параметры (например, температура, давление, расход и т. п.), изменение которых позволяет влиять на эффективность процесса. Завершением оптимизации применительно к практическому использованию могут быть математическая модель процесса и (или) технические и технологические решения, обусловленные с экономическими и конструктивными условиями,
требованиями экологичности, безопасности и др.
Техническое решение представляет собой конструктивное оформление физического принципа действия или
функциональной структуры. Техническое решение конкретного технического объекта может быть описано с любой степенью детализации в виде двухуровневой иерархической структуры через характерные признаки технического объекта сначала в целом, а затем его элементов (блоков, узлов и т. д.).
Описание технического решения дополняется графическими
изображениями.
В описании технического решения даются:
– указания (перечень) основных элементов;
– взаимное расположение элементов в пространстве;
– способы и средства соединения и связи элементов меж-
ду собой;
– последовательность взаимодействия элементов во времени;
5
– особенности конструктивного исполнения элементов
(материал, геометрическая форма и т. п.);
– принципиально важные соотношения параметров для
технического объекта в целом или отдельных элементов.
К функциональным характеристикам развития технических объектов, характеризующих полезный эффект от их эксплуатации относятся критерии производительности, точности,
надежности и специальные.
Технологические критерии характеризуют затраты труда, материальных и финансовых средств, времени и других
ресурсов при технической подготовке производства, изготовлении, подготовке к эксплуатации (монтаже), при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте технического объекта. К технологическим критериям развития технических объектов относится критерий трудоемкости изготовления, технологических возможностей, использования материалов, расчленения технического объекта на элементы.
Экономические критерии развития технических объектов –
это критерии расхода материалов и энергии, затрат на информационное обеспечение, габаритных размеров.
Антропологические критерии оценивают приспособленность технических объектов к антропометрическим, биомеханическим, физиологическим и психологическим свойствам
человека, использующего эти объекты, а также влияние вредных или опасных воздействий технического объекта на человека. К антропологическим критериям развития технических
объектов относятся критерии эргономичности, эстетичности,
безопасности, экологичности технического объекта.
Системы водоснабжения и водоотведения (ВиВ) обладают полным набором указанных межотраслевых технических
и технологических критериев, характерных для действующих
объектов. При этом они имеют свои особенности, обусловлен-
6
ные географическими, гидрогеологическими, гидрологическими условиями, спецификой эксплуатации, сочетанием протяженных (сети водопровода и канализации) и точечных
(насосные станции и очистные сооружения) объектов.
К тому же главным отличием от других отраслей является неоднородность технического состояния систем ВиВ, построенных, в основном, в 70–80 гг. прошлого века. Это означает, что по существу каждый объект системы водоснабжения
и водоотведения перед его оптимизацией должен проходить
индивидуальное обследование с определением собственных
критериев, а не учитывать большой статистический материал.
Цель данного учебного пособия – изложение методологии выбора технических и технологических решений по оптимизации вариантов ретехнологизации действующих систем
ВиВ на базе анализа их фактического состояния и режимов
работы.
Исходные материалы – это во многом результаты исследований кафедры водоснабжения и водоотведения архитектурно-строительной академии Донского государственного
технического университета, внедренные в практику проектирования и эксплуатации, а также сведения из специальной литературы.
Модуль «Реконструкция систем ВВ» является одним из
основных в цикле специальных дисциплин учебного плана
подготовки магистров по направлению «Строительство» профиля «Водоснабжение и водоотведение». В процессе изучения
этого модуля будущие специалисты готовятся решать задачи
по реконструкции и модернизации систем и сооружений водоотведения.
7
ВВЕДЕНИЕ
Системы водоотведения являются неотъемлемой составляющей жизнедеятельности населенных мест и промышленных предприятий, обеспечивая условия комфортного и экологически-безопасного существования и развития. Поэтому оптимизация их функционирования является приоритетной задачей любого государства.
В Российской Федерации количество средних и малых
городов, обеспеченных системами водоотведения, составляет
более 90 % от общего числа, что подчеркивает актуальность
сравнительного выбора и применения новых технических и
технологических решений в каждом конкретном случае.
Проанализируем удельный вес эксплуатационных затрат,
обеспечивающих эффективную работу систем водоотведения, %:
технологическая схема систем и сооружений водоотведения –
30; состояние технологических инженерных коммуникаций –
25; состояние строительных конструкций и качество СМР – 20;
состав и свойства сточных вод – 15; состояние механического и
энергетического оборудования – 10; КИПиА – 5. Следовательно, к области возможной оптимизации систем ВиВ относятся:
технологическая схема систем и сооружений водоотведения,
состояние технологических инженерных коммуникаций, состав
и свойства сточных вод, т. е. всего 70 %. Снижение данных затрат может быть обеспечено на стадии транспортирования, регулирования качества и очистки сточных вод.
8
1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНИЧЕСКИХ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ СЕТЕЙ ВОДООТВЕДЕНИЯ
1.1. Основы процессов взаимодействия компонентов
сточных вод в сетях водоотведения
1.1.1. Азотфиксация в системах водоотведения
Окислительно-восстановительный потенциал сточных
вод колеблется от отрицательных и малоположительных значений (восстановительная среда) до положительных (окислительная). В восстановительных жидких средах наблюдается
азотфиксация при нормальных атмосферном давлении и температуре окружающей среды.
В 1964 году М.Е Вольпин и В.Б. Шур получили азотфиксирующие системы, в которых фиксация азота происходила
соединениями переходных металлов в мягких условиях (при
комнатной температуре и нормальном давлении). На основании
результатов этих работ можно предположить, что наличие в системе доноров электронов при отсутствии сильных конкурентных окислителей даст возможность осуществляться реакции
N2 + 6e- + 6H+ = 2NH3 без участия микроорганизмов.
В соответствии с принципом Ле Шателье при изменении
концентрации растворенного азота, в результате перехода его
в аммиак (аммоний), для соблюдения условий равновесия системы усиливаются процессы, направленные на компенсацию
внешнего воздействия, то есть усиливается растворение азота
из газовой среды. С учетом того, что аммиак очень хорошо
растворим в воде (один объем воды при комнатной температуре растворяет около семисот объемов аммиака), процесс
азотфиксации в указанных условиях практически не лимити-
9
рован этим фактором. В работе И.В. Новосельцевой представлены результаты серии контрольных опытов, которые подтвердили предположения о возможности среды с восстановительными условиями фиксировать азот, показано, что выраженной способностью к азотфиксации обладают среды с показателем окислительно-восстановительных свойств (rH2) – от
17,0 и ниже.
Как органические вещества, так и сульфиды в безаммиачном растворе вступают в окислительно-восстановительные
реакции, в результате которых образуются аммонийный азот
(восстановленная форма), диоксид углерода и вода (окисленные формы органических веществ) или свободная сера, или
сульфат (окисленные формы сульфидов) согласно следующим
схемам электронных реакций:
– с жирами
(глицерин) + О2 → жирная к-та + вода – донор электронов;
0
N
+ 3е → N
2
3-
+ Н+ → NН
+
– акцептор электронов;
4
– с углеводами
глюкоза + О2 → СО2 + вода – донор электронов;
0
N
+ 3е → N
2
3-
+ Н+ → NН
+
– акцептор электронов;
4
– с аминокислотами
лизин + О2 → СО2 + вода – донор электронов;
0
N
+ 3е → N
2
3-
+ Н+ → NН
+
– акцептор электронов;
4
– с сульфидами
2- –
S
2 е → S0 или SО
0
N
+ 3е → N
2
3-
+ Н+ → NН
2-
– донор электронов;
4
+
– акцептор электронов.
4
Проверку этой гипотезы проводили на отстоянной водопроводной воде, имеющей солесодержание 850 мг/дм3, чтобы исключить влияние остаточного хлора на окислительновосстановительные свойства модельной жидкости (табл. 1.1).
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]