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
1. Ресурсный коэффициент полезного фильтрования Р
ф П Ф П
Р
кпф
Q
ф
Q Q
Ф
< 1, (3.1)
кпф
:
где Qф, Qп,,
,
– соответственно, объем профильтрованной
ф
п
и промывной воды, времени защитного действия фильтрующей загрузки и ее промывки. Если принять по данным
А.Ф. Кима, О.Н. Рублевской и др.
то предельная величина Р
составит 0,98.
кпф
2. Ресурсный коэффициент потребности Р
, равным 30 ч, а
ф
п –
в антраци-
кпа
0,5 ч,
товой загрузке для фильтра примем равным 1, тогда обозначим уменьшение объема ежегодной досыпки антрацита в
фильтр – Р
. Годовой объем подсыпки песка в скорые водо-
упа
проводные фильтры составляет 10 % (СП 13330, 2012 г.), а в
антрацитовые, – (2 – 5) (А.Я. Найманов, Н.Г. Насонкина и др.).
Тогда Р
= (0,02 – 0,05) Р
упа
. (3.2)
кпа
3. Ресурсный коэффициент вторичного потребления антрацита (после вывода фильтров из эксплуатации) на производство электроэнергии или отопление, Р
, можно опреде-
впа
лить по отношению: объем (масса) вторично использованной
отработанной загрузки ко всему объему (массе), загруженному
за период эксплуатации.
где М
Тогда Р
и Мз, Vа и Vз – соответственно, массы и объемы вто-
авт
впа
= М
/ Мз = V
авт
/ Vз, (3.3)
авт
рично использованного и загруженного антрацита за период
эксплуатации. Допустимо вести расчет по зависимостям
Мз (Vз) = [(0,02 – 0,05) n + 1]; М
авт(Vавт
) = 0,8 – 0,9,
где n – количество лет досыпки антрацитовой загрузки в фильтры, принимается равной от 1 до 20.
Величина Р
, ресурсного коэффициента вторичного ис-
впа
пользования отработанного в фильтрах антрацита, при таких
начальных параметрах будет зависеть от срока эксплуатации
фильтра. Интервал колебания Р
составит от 0,4 при 20 годах
впа
эксплуатации до 0,76 – при 1 годе.
51
4. Ресурсный коэффициент снижения потребности в
осветленной (технической) воде для промывки антрацитовых
фильтров по сравнению с песчаными, Р
, определим как от-
прв
ношение расходов промывных вод (потребляемых ресурсов).
Примем потребность в промывной воде для песчаных фильтров за 1. Тогда для антрацитовых фильтров за счет повышенной их грязеемкости и, соответственно, увеличения продолжительности фильтроцикла (согласно СП 13330, 2012 г.) на 35 –
45 %, расход промывной воды снизится адекватно. Следовательно, величина Р
составит:
прв
[(0,55 – 0,65) / 1] в среднем – 0,6. (3.4)
5. Экологический коэффициент снижения антропогенной
нагрузки на водоем – приемник сточных вод, Э
, за счет до-
анв
очистки фильтрованием. Значение данного коэффициента
можно получить, отнеся рекомендованные нормами соотношения по сбросу загрязнений в водоемы без доочистки и с доочисткой БОСВ. Поскольку сравнивать все присутствующие в
БОСВ вредные вещества, относящиеся к 1-му и 2-му классам
опасности (по методике С.Н. Черкинского), не представляется
возможным, хотя бы из дороговизны химанализов, ограничимся только теми, которые реально могут быть удалены при
доочистке: взвешенные вещества, представленные активным
илом или биопленкой, органические загрязнения (по БПК и
ХПК), биогенные элементы:
Э
= [(Сввд / ПДКвв) + (С
анд
+ (С
Э
= [(Сввбд / ПДКвв) + (С
анд
N03д
+ (С
/ ПДК
N03бд
N03
/ ПДК
-
) + (С
N03
-
) + (С
БПКд
N02д
/ ПДК
/ ПДК
БПКбд
N02бд
) + (С
БПК
-
) + (СРд / ПДКР) ],
N02
/ ПДК
/ ПДК
) + (С
БПК
-
) + (СР / ПДКР)],
N02
NH4д
+
/ ПДК
NH4бд
+
/ ПДК
NH4
+
) +
NH4
+
) +
(3.5)
где индексы «д» и «бд» у загрязнителей обозначают, соответственно, – с доочисткой и без доочистки.
52
Чем ближе к нулю значение Э
, тем выше экологиче-
анд
ский эффект доочистки БОСВ.
Рассчитаем значения экологического коэффициента
снижения антропогенной нагрузки для случая сброса БОСВ в
рыбохозяйственный водоем, для которых установлены следующие нормы, мг/л: ВВ – 3,0; БПК5 – 3,0; NH
- –
NO
0,02; общий фосфор – 0,5. Примем усредненные показа-
2
4
+ –
0,4; NO
- –
3
10,0;
тели состава БОСВ на выходе из очистной станции без доочистки, мг/л: ВВ – 15,0; БПК5 – 10,0; NH
- –
NO
0,1; общий фосфор – 2,5, а с доочисткой, соответ-
2
4
+ –
5,0; NO
- –
0,1;
3
ственно: 3,0; 3,0; 0,2; 5,5; 0,02; 1,5. (Эти данные приняты из
опыта эксплуатации очистных сооружений пос. Головинка.)
Тогда величина числителя в Э
составит 7,05, а знаменателя –
анд
26. Значение экологического коэффициента снижения антропогенной нагрузки на водоем – приемник сточных вод, Э
анд
равно 0,27. Это свидетельствует о высоком экологическом потенциале доочистки фильтрованием БОСВ.
6. Эколого-ресурсный коэффициент снижения антропогенной нагрузки на водоем – приемник сточных вод за счет
разбавления БОСВ технической водой, ЭР
. Разбавлением
анр
БОСВ может быть заменена доочистка фильтрованием. В этом
случае экологическая часть коэффициента ЭР
тесно связана
анр
с потреблением ресурсов – разбавляющей воды, энергии на
забор, осветление и транспортировку, оборудования и емкостей для проведения разбавления, отчуждения соответствующих территорий для их реализации. К тому же все это будет
сопровождаться дополнительными опосредствованными нагрузками на окружающую среду при производстве энергии, материалов и пр. По существу, от оценки ресурсно-экологического потенциала имеем переход к технико-экономическому
сравнению вариантов снижения концентрации загрязнений:
доочисткой и разбавлением или, как эта процедура называется
при проведении ОВОС, – «не делать ничего».
,
53
Поэтому в дальнейшем ЭР
тфс тфд тфс тфд
,
РО З
П П
исключаем из анализа про-
анр
цесса доочистки фильтрованием БОСВ.
7. Экологический коэффициент увеличения антропогенной нагрузки в виде твердой фазы на литосферу, Эал. Увеличение антропогенной нагрузки на литосферу при доочистке
БОСВ происходит за счет более глубокого изъятия твердой
фазы при фильтровании и осуществляется складированием ее
на полигоне отходов или иловых площадках. Одновременно
при этом уменьшается нагрузка по взвешенным веществам на
водоем-приемник сточных вод. Коэффициент Эал предлагается
вычислять в виде отношения:
М М F F
где М
тфс
Э
ал
, F
– соответственно, масса твердой фазы по сухому
тфс
М F
тфс тфс
, (3.6)
веществу и площади для складирования, существующие на
очистных сооружениях сточных вод, без дополнительной
нагрузки взвесей от регенерации узла доочистки фильтрованием; М
тфд
, F
– дополнительные масса и площади для узла
тфд
доочистки.
Величина коэффициента Эал больше 1. Фактическое его
значение будет определяться для каждого региона в соответствии с особенностями цен в нем.
8. Коэффициент эколого-экономической целесообразности доочистки сточных вод фильтрованием предлагается
определять из отношения:
где ПРО – плата за размещение дополнительного количества
отходов в виде задержанных на фильтрах частиц активного
ила (биопленки), отмытых при промывке загрузки и выделенных в отстойнике или другом сооружении, и складируемых
после обезвоживания; ПЗ – плата за дополнительное отторжение земель для размещения указанных отходов; П
сброс в водоем взвешенных веществ без доочистки сточных
К
ээц
П
СВВ
54
СВВ
(3.7)
– плата за
вод. Плата за отходы, землю и сброс в водоем подсчитывается
ан
П
WЭW
П
W
по существующим нормативным документам с учетом региональных особенностей.
Анализируя формулу (3.7), делаем вывод, что доочистка
БОСВ фильтрованием является необходимой и эффективной,
когда величина К
менее 1.
ээц
9. Экологический коэффициент снижения антропогенной
нагрузки на атмосферу за счет снижения потребления электроэнергии на подачу воды и воздуха при промывке фильтрующей загрузки. При производстве электроэнергии на теплоэлектростанциях существуют удельные нормы потребления топлива для выработки 1 кВт·ч. Соответственно, существуют
удельные выбросы пыли, диоксида серы, оксидов азота и др.
Поэтому, снижая потребление электроэнергии на любой процесс, помимо экономии затрат, имеем адекватное уменьшение
выбросов в окружающую среду. Применительно к процессу
доочистки БОСВ на антрацитовых фильтрах коэффициент
снижения антропогенной нагрузки на атмосферу можно вычислить по формуле:
, (3.8)
аа
где Wан,
– количество израсходованной электроэнергии на
промывку антрацитовых и песчаных фильтров, соответственно.
10. Экологический коэффициент снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду за счет дополнительного
каталитического окисления на поверхности антрацита восстановленных загрязнителей в ионной и молекулярных формах,
Э
, показывает, насколько уменьшается потребность в насы-
ако
щении кислородом БОСВ. Соответственно, это указывает на
снижение электроэнергии на выработку потребного количества кислорода и, как следствие, – на уменьшение выбросов
в окружающую среду (атмосферу, почвы, водоемы). Величину
Э
по аналогии с Эаа можно определить, сравнивая соответ-
ако
55
ствующие показатели доочистки БОСВ на песчаных и антра-
,
ХПК ХПК АФ ХПК ХПК АФ
УД
W
Значение функции
0,80 – 1,00 –
отличное,
0,
63 – 0,80 – хорошее,
0,
37 – 0,63 –
удовлетворительное,
0,
37 – 0,20 –
плохое,
0,00 – 0,20 – ниже норм.
цитовых фильтрах:
исх Ф исх Ф
( ) ( )
где С
Э
С С С С
ак
( )
С С
ХПК ХПК ПФ
исх
, С
ХПК
исх Ф
Ф –
ХПК
соответственно, концентрация загрязнений
W
УД
(3.9)
по ХПК в исходной и фильтрованной БОСВ на (АФ) антрацитовых и песчаных (ПФ) фильтрах, г / м3; – удельный каталитический вклад антрацитовой загрузки в окисление загрязнений по ХПК, адекватный «производству и потреблению» кис-
лорода, (г «производства» О2 / г «потребления» О2) одним м
ее объема;
– удельная потребность электроэнергии для
производства кислорода с целью химического окисления без
катализа 1 г / м3 ХПК БОСВ.
Чем меньше величина коэффициента Эак, тем выше каталитический вклад антрацитовой загрузки в эффективность
доочистки БОСВ.
Для обобщенной качественной оценки отдельных значений ресурсно-экологических коэффициентов предлагается использовать функцию желательности Харрингтона. Шкала желательности предполагает экспертным или расчетным путем
по известным зависимостям, количественному значению какого-либо свойства устанавливать его качественную оценку
согласно шкале.
3
желательности:
Характеристика свойства:
56
При проведении оценки множества ni отдельных пара-
Количественная оценка
Степень относительного
более 1
,01 –
неудовлетворительная
0,8 – 1,0 – достаточная,
0,
63 – 0,8 –
удовлетворительная,
0,
63 – 0,37 –
средняя,
0,
37 – 0,20 –
хорошая,
0,
01 – 0,20 –
высокая.
Количественная оценка
Степень воздействия
более 1
,01 –
опасная,
0,
81 – 1,00 –
сильная,
0,
631
– 0,80 – средняя,
0,
371
– 0,63 – удовлетворительная,
0,
37 – 0,201 – слабая,
0,0 – 0,20 –
практически отсутствует.
метров единого процесса (объекта) каждому из них в соответствии с приведенной шкалой присваивается значение частной
желательности di. Совокупная оценка проводится по величине
обобщенной функции желательности D:
D =
n
d1 d2 d3…dn (3.10)
Применительно к оценке ресурсно-экологического потенциала вообще и доочистки БОСВ фильтрованием, в частности, трансформируем вышеприведенную шкалу по ресурсной
и экологической компоненте.
Для ресурсной составляющей РЭП предложены следующие оценки:
ресурсного коэффициента:
снижения ресурсопотребления:
Для экологической составляющей РЭП предлагаются
следующие оценки:
экологического коэффициента:
на окружающую среду:
57
Тогда каждому значению ресурсного или экологического
коэффициента в соответствии с ресурсно-экологической шкалой определяется (расчетом, экспериментом, методом экспертных оценок и т.д.) степень взаимодействия с окружающей
средой или наоборот: по степени взаимодействия устанавливается количественная величина коэффициента.
После детерминации частных коэффициентов Кчi
РЭП
вычисляется и описывается обобщенный (оптимизационный)
РЭП процесса:
РЭП = n Кч1
РЭП
Кч2
РЭП
Кч3
РЭП
... Кчn
РЭП
. (3.11)
3.2.1.2. РЭП выбора технологии
физико-химической обработки сточных вод
Ресурсно-экологический потенциал физико-химической
обработки (ФХО) вод является комплексной оценкой взаимодействия процесса с окружающей средой. Однако до настоящего
времени оценки и оптимизации по РЭП процесса ФХО не проводилось. Рассчитаем РЭП на примере физико-химической очистки
(ФХО) производственных сточных вод колбасного производства
с применением оксихлорида алюминия.
Значение каждого частного ресурсного или экологического коэффициента вычисляется в виде отношения фактического показателя, полученного при обработке вод ФХО, к
нормативной величине или имеющемуся лучшему аналогу
технологии.
После теоретического или экспериментального определения значений частных ресурсных К
Р
и экологических К
чi
чn
коэффициентов вычисляется обобщенный (оценочный или оптимизационный) показатель процесса ГК:
РЭП
К
ОБ
=
19
(Кч
По величине К
1
Р
Кч
Р …
Кч11 Р)(Кч
2
РЭП
, руководствуясь преобразованной
ОБ
Э
Э
Кч
1
… Кч8 Э). (3.12)
2
шкалой желательности функции Харрингтона (табл. 3.1),
58
Э
определяем качественную оценку воздействия на окружаю-
обобщенному
ОБ
ресурсному
ч
i
экологическому
ч
n
> 1,01 Н
едопустимая
Неудовлетворительная
Опасная
0,81 – 1,00 Д
опус
тимая
Достаточная
Предельная
0,80 – 0,631 С
редосовместимая
Удовлетворительная
Средняя
0,63 – 0,371 С
редозащитная
С
редняя
Удовлетворительная
0,37 – 0,201 М
инимальная
Слабая
Низкая
щую среду процесса или качественную характеристику оптимизируемого фактора.
Таблица 3.1
Ресурсно-экологическая шкала оценок процесса ФХО по РЭП
Качественная оценка степени воздействия
Количественные
значения
0,20 – 0,01 Отсутствие Отсутствие Отсутствие
на окружающую среду по коэффициенту
РЭП
К
Р
К
Э
К
Результаты анализа до и после реагентной обработки
сточных вод колбасного производства показали, что достаточную степень очистки (допустимые концентрации (ДК) для
приема в городскую систему водоотведения) обеспечивает
следующая схема:
1) предварительное отстаивание вод в течение 30 мин
для отделения всплывающих жиров и крупных взвешенных
частиц;
2) реагентная обработка вод коагулянтом «Аква–
Аурат™ 30» в течение 1 мин в смесителе;
3) отстаивание вод для отделения образовавшихся хлопьев в течение 30 мин.
Оценим по РЭП режим реагентной очистки сточных вод.
При этом каждому ресурсному или экологическому коэффициенту расчетом или методом экспертных оценок будем
устанавливать качественную частную величину влияния по
функции Харрингтона или шкале желательности.
59
1. Ресурсный коэффициент увеличения коэффициента
1,
1
ж
W
2
ж
W
использования объема жироловки можно охарактеризовать
отношением:
где
и
кпо
W
W Т
Р
– соответственно, полезные объемы жироловок
Т
ж
1
ж 2
2
1
(3.13)
по новой технологической схеме и существующей на сегодняшний день схеме очистки сточных вод на колбасном заводе, м³; T1 и T2 – соответственно, время пребывания сточных
вод в жироловке по новой и существующей схемам очистки, ч.
Принимая T1 = 0,5 ч и T2 = 1,5 ч, получим предельную
величину Р
Фактически Р
= 0,33.
кпо
показывает, что производительность
кпо
очистных сооружений по предлагаемой схеме в 3 раза превышает аналогичный показатель существующей технологии
очистки сточных вод.
По принятой (см. табл. 3.1) градации оценок установим
частные ранги РЭП: величина ресурсного коэффициента
Р
= 0,33 по степени воздействия на окружающую среду со-
кпо
ответствует слабой степени воздействия.
2. Ресурсный коэффициент потребности в стали для из-
готовления жироловок:
Р
= М1/ М2, (3.14)
кпс
где М2 и М1 – масса стали, затраченной на построение очистных сооружений по существующей и проектируемой схемам,
соответственно, т.
Расчетами получено: М2=1,26 т; М1=0,63 т; тогда
Р
= 0,63/1,26=0,5.
кпс
По данным табл. 3.1 коэффициент Р
= 0,5 соответ-
кпс
ствует средней степени относительного снижения ресурсосбережения.
3. Ресурсный коэффициент вторичного использования
жира.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]