РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА СИНТЕЗУ І ОПТИМІЗАЦІЇ СХЕМ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
2.1. Постановка задачі і вибір методів дослідження
Синтез хіміко-технологічної системи водоочисного господарства промислового підприємства передбачає розв'язування важливої інженерно-технологічної задачі - формування мережі водних технологічних потоків. Зокрема задача проектування схеми очищення стічних вод є вирішенням задачі пошуку оптимального розподілу потоків стічних вод у схемі водоочищення. Розподіл потоків повинен відповідати такому, що грошові витрати на видалення забруднюючих речовин із потоків стічних вод промислового підприємства будуть мінімальними. Припускається, що процеси очищення, які використовуються для обробки стічних вод, та їх параметри, і граничні значення концентрацій забруднюючих речовин на виході з системи очищення перед скиданням у водойми чи каналізаційну мережу - відомі. Тоді будь-який потік стічних вод може оброблятись частково чи повністю будь-яким встановленим процесом очищення, і потік очищених вод, який виходить із будь-якого процесу, може бути вхідним потоком іншого з врахуванням заданих додаткових обмежень. У загальному наближенні отримаємо СОСВРП.
Загальна постановка задачі показана на рис. 2.1: нехай існує деяка сукупність забруднюючих речовин, концентрацію яких на виході з системи водоочищення необхідно зменшити до допустимої норми за допомогою процесів очищення, які складають існуючу схему очищення, що модернізується або обраних технологом для побудови нової схеми.
Позначимо початкову сукупність потоків стічних вод, , сукупність забруднюючих речовин, , і процесів очищення, , відповідно як
Рис. 2.1. Синтез системи очищення стічних вод:
1, 2, NP - потоки стічних вод;
І, ІІ, NT - процеси очищення
де - кількість потоків стічних вод на вході у систему очищення;
- кількість видів забруднювачів присутніх у стічних водах;
- кількість процесів очищення стічних вод.
Необхідно зазначити, що постановка задачі потребує наступних початкових даних:
? концентрація забруднюючих речовин у потоках стічних вод, що надходять у систему водоочищення
де - концентрація j-ої забруднюючої речовини у i-му потоці стічних вод на вході у систему очищення, мг/дм3;
;
,
? граничне значення концентрації забруднювачів на виході із системи очищення
де ? граничне значення концентрації j-ої забруднюючої речовини на виході зі схеми водоочищення, мг/дм3,
? об'єм стічних вод у потоках на вході у систему очищення
де - об'єм стічних вод в i-му потоці на вході в очисну систему, м3/год;
,
? коефіцієнти видалення забруднювачів процесами очищення
де - коефіцієнт видалення j-ої забруднюючої речовини k-им процесом очищення, %;
? додаткові дані, якщо в них є необхідність, наприклад, максимально допустима концентрація забруднювачів на вході у процеси очищення
де ? максимально допустима концентрація j-го забруднювача на вході у k-ий процес очищення, мг/дм3.
Організаційні і технічні проблеми під час впровадження збільшуються від "широколокальних" до "вузьколокальних" систем, однак у цьому ж напрямку зростає і еколого-економічна ефективність від впровадження запропонованих технічних рішень. Це відбувається тому, що капітальні витрати на впровадження очисних споруд звичайно пропорційні об'єму води, що очищається, а не концентрації забруднюючої речовини [21]. Експлуатаційні витрати частіше всього зростають із зменшенням вмісту забруднюючої речовини у стічних водах [16]. Розподілене очищення потоків стічних вод, якщо вони містять різні види забруднення, призводить до зменшення капітальних та експлуатаційних затрат на одиницю маси забруднювача що видаляється, у порівнянні з очищенням об'єднаних потоків [18].
Оскільки капітальні та експлуатаційні затрати на більшість операцій очищення стічних вод пропорційні загальному об'єму очищуваного потоку [12], тому задачу синтезу водоочисної мережі можна представити як
(2.1)
де ? - цільова функція;
- об'єм стічних вод на вході у k-ий процес очищення, м3/год.
Такий опис цільової функції є спрощеним, оскільки не включає інформацію про вартість обробки стічної води у процесах очищення. Для того щоб врахувати грошові витрати цільова функція ? повинна відображати залежність вартості очищення стоків у очисних процесах від об'єму очищуваної води. У роботі [26] запропонували використання коефіцієнтів капітальних і експлуатаційних витрат, і розгляд цільової функції як суми цих коефіцієнтів, помноженої на об'єм стічних вод у процесах очищення. Тобто було зроблено припущення, що залежність "грошові витрати - об'єм стічних вод" є лінійною. Оскільки така умова у більшості випадків швидше за все виконуватись не буде, необхідно ввести поняття вартісних функцій по капітальним і експлуатаційним витратам, що можуть бути як лінійними, так і нелінійними залежностями :
де ССk - вартісна функція по капітальним витратам, грош. од.;
СОk - вартісна функція по експлуатаційним витратам, грош. од./год.
Беручи до уваги вищезазначене цільова функція набуває наступного вигляду:
(2.2)
з врахуванням обмежень
, (2.3)
де - концентрація j-го забруднювача на виході із системи водоочищення, мг/дм3.
Додатково можуть бути введені й інші обмеження, наприклад, на концентрацію j-го забруднювача на вході у k-ий процес очищення:
, (2.4)
де - концентрація j-го забруднювача на вході у k-ий процес очищення, мг/дм3.
Порівняльна економічна ефективність природоохоронних витрат визначається як величина мінімально необхідних сукупних експлуатаційних витрат і капітальних вкладень в здійснення природоохоронних заходів [38]. Порівняльна економічна ефективність використовується для вибору економічно кращого варіанту природоохоронних заходів [39, с. 7]. Таким чином, цільова функція ? може бути використана з такою ж метою, а постановка задачі (2.2) є вираженням порівняльної економічної ефективності.
Аналіз літературн
- Київ+380960830922