4646

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Жакевич М.О., Кащенко О.В., Кулемина С.В. Васильев А.Л., Кюберис Э.А., Воробьева Е.В

СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСОВЫХ СХЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯИ ВОДООТВЕДЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по орга-

низации самостоятельной работы) по дисциплине «Водоотведение промышленных предприятий» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,

направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение

Нижний Новгород

2022

2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Жакевич М.О., Кащенко О.В., Кулемина С.В. Васильев А.Л., Кюберис Э.А., Воробьева Е.В

СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСОВЫХ СХЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯИ ВОДООТВЕДЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по орга-

низации самостоятельной работы) по дисциплине «Водоотведение промышленных предприятий» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,

направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

3

УДК 620.9:504

М.О. Жакевич Составление балансовых схем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий: учебно-методическое пособие / М.О. Жакевич, О.В. Кащенко, С.В. Кулемина, А.Л. Васильев, Э.А.Кюберис, Е.В. Воробьева; Нижегородский государственный архитектурно-стро- ительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 28 с. : ил. – Текст : электронный.

Приведены указания по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) и выполнению курсового проекта по дисциплине «Водоотведение промышленных предприятий», рассмотрены содержание и последовательность выполнения разделов курсового проекта, 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, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение.

© М.О. Жакевич, О.В. Кащенко, С.В. Кулемина, А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В.Воробьева, 2022

© ННГАСУ, 2022.

4

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач при проектировании и расчете сооружений систем водопользования 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:

что связано с потерей воды При использовании в производстве вода может теряться, входя в состав продукции, расхо-

дом Qтер , и испаряться в количестве .

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 перерабатываемая про-

дукция 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)

Qотр Qтех Qпост Qисп Qтер (1.4)

6

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 воз-

можным расходом ее Sсбр , может быть два случая:

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

2. Отработавшая вода содержит примеси Sотр Sсбр . В этом случае вода перед сбросом в водоем должна подвергаться специальной обработке для снижения содержания примеси на величину Sотр Sсбр . Такая обработка связана с выделением или превращением в другую, безвредную при-

месь, определенной части рассматриваемой примеси в количестве Sв''ыд и потерей некоторой части отработавшей воды Qпот'' , связанной с технологическим процессом переработки примеси и ее

транспортированием в места накопления.

Таким образом, расход воды, подаваемой из источника на нужды предприятия, составляет 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 количестве Sпост и выделившейся из продукции воды в количестве Qпост . Одновременно имеют место потери воды о сырьем или продуктом Qтер и на испарение Qисп [2].

Принимаем, что расход отработавшей воды равен Qотр , концентрация примеси равна Cотр

и содержание примеси Sотр . В общем случае отработавшая вода частично, с расходом Qотв удаляется из рабочего цикла на локальные очистные сооружения и сбрасывается, другая, большая часть, с расходом Qотр' поступает на внутрицикловые очистные 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:

8

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 Sв од (2.11)

Если Sтех Sоб Sв од , то подпиточная пода нуждается в обработке, а количество диктующей примеси, которое при этом следует удалить из воды S подсчитывается по разнице:

S Sоб Sв од Sтех (2.12)

Величине S на рис.2 соответствует Sпот' .

В случае соблюдения условия Sтех Sоб Sв од подпиточная вода для системы в предвари-

тельной 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 оборотный цикл примесь

поступает: с водой источника Sв од 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, ка- кой-либо надобности в отведении воды из цикла не возникает.

Необходимость отведения воды из системы обусловливается следующим:

Наличии в воде, кроме диктующей примеси Sотр , удаляемой при обработке воды в требуемом количестве, мешающей примеси S м , не выделяемой из системы вообще или в нужном коли-

честве.

Если в оборотный цикл, в связи с содержанием примеси в воде или в связи с технологическим процессом, поступает некоторое количество мешающей примеси S м , не выделяющейся при

9

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:

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. Sотв Sсбр 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 Обработка сбрасываемой из системы воды связана с выделением примеси или превраще-

работке оборотной воды, по техническим или экономическим соображениям, снизить концентрацию примеси представляется возможным лишь до некоторой величины Cоб1 , большей по сравне-

нию с требуемой величиной Cоб , то с водой, прошедшей обработку, в оборотную систему будет поступать примеси:

Sоб1 Qоб Cоб1 (2.18)

что больше допустимого расхода примеси, т.е.:

Sтех1 Sоб Sоб1 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 .

При изменившихся условиях обработки воды из нее выделяется примесь с расходом Sв ыд1 , что меньше, чем Sв ыд при Sоб .

Следовательно, на обработку может подаваться не весь расход примеси, а меньший на ве-

10

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

Sотв Qотв Cотр Sоб1 Sоб Sв ыд1 Sв ыд (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 установленной 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 Sв од Qв од Cв од

За период работы T в систему поступает дополнительно воды:

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 гревается не более 28°С (температура кипения бензина), с целью охлаждения темных нефтепродуктов, допускающих нагрев воды до

80°С.

Преимущество такого последовательного использования заключается в сокращении расходов потребляемой и сбрасываемой воды.

Обработка воды при последовательном использовании монет проводиться как в конце технологического пути, так и между этапами использования воды.

Водный баланс при последовательном использовании воды может быть представлен в следующем виде: