Учебное пособие Нижний Новгород 2002 удк 502/504 ббк icon

Учебное пособие Нижний Новгород 2002 удк 502/504 ббк


3 чел. помогло.

Смотрите также:
Учебное пособие Нижний Новгород 2003 удк 502 (075. 8) Ббк 65. 9(2)28...
Учебное пособие Нижний Новгород 2003 удк 69. 003. 121: 519. 6 Ббк 65. 9 (2) 32 5...
Учебное пособие Казань кгту 200 7 удк 31 (075) 502/ 504 ббк 60. 55...
Учебный курс Нижний Новгород 2003 удк 69. 003. 121: 519. 6 Ббк 65. 9 (2) 32 5...
Учебное пособие Нижний Новгород 2003 удк ббк к дмитриев М. Н., Иванов А. В...
Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия...
Учебное пособие Нижний Новгород 2010 ббк к курникова М. В...
Учебное пособие Нижний Новгород 2007 Балонова М. Г...
Методическое пособие Нижний Новгород 2010 удк 378. 146 + 159. 9 Ббк 88. 3 + 74. 58...
Учебное пособие Томск-2002 ббк 65. 272 Удк 36. 4001...
Учебное пособие Нижний Новгород 2007 удк 373. 167. 1 Ббк 24 я 72...
Учебное пособие Нижний Новгород 2010 Печатается по решению редакционно-издательского совета гоу...



страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8
вернуться в начало
скачать

^ 4.1.2.7. Изменение технологической последовательности

Одним из способов уменьшения сброса тяжелых металлов может служить изменение технологической последовательности осуществления промывочных операций. В этом случае промывка деталей по окончании какой-либо из технологических операций, например, никелирования, производится сначала в ванне последней ступени промывки после декапирования возвратным движением автооператора, а затем в ваннах промывки после данной технологической операции.

Подобного рода возвратное, а затем последовательное движение автооператора позволяет возвращать в рабочую ванну с деталями часть компонентов, занесенных в предшествующую промывочную ванну, и экономит до 60% воды.


^ 4.1.2.8. Последовательное использование воды

Большая экономия воды может быть получена при последовательном использовании воды на промывных операциях.

В этом случае чистая вода, подаваемая на финишную промывку, переливается в промывочные ванны, предшествующие гальваническим ваннам. Например, вода из ванны финишной промывки передается в промывочную ванну, стоящую после декапирования, а оттуда переливается в ванну промывки после травления и далее в ванну промывки после обезжиривания.

Подобный способ позволяет в 3-4 раза снизить расход воды без ухудшения качества промывок. Перелив воды из одной ванны в другую может выполняться по принципу сообщающихся сосудов с установкой гидравлических затворов.

Промывка деталей производится практически на всех стадиях нанесения гальванического покрытия. Но достаточно часто можно вообще отказаться от межоперационной промывки. Промывка не выполняется в том случае, если перенос раствора из одной ванны в другую допускается по технологии, например, из ванны декапирования в ванну покрытия; из ванны химического обезжиривания в ванну электрохимического обезжиривания.


^ 4.2. Обезвреживание газовых выбросов

4.2.1. Источники загрязнения атмосферы

Атмосфера является особым видом природных ресурсов. Загрязнение атмосферы обуславливается двумя факторами: естественным загрязнением атмосферы от извержения вулканов, гейзеров, пожаров и др.; антропогенным загрязнением, связанным, главным образом, с производственной деятельностью человека.

При извержении вулканов, к примеру, в атмосферу выбрасывается пыль, углекислый газ, метан, оксиды углерода, серы. В приземный слой воздуха поступают вещества, образующиеся в процессе геохимических процессов в литосфере, при распаде органических и минеральных соединений. Ежегодные выбросы от естественных источников составляет: оксида углерода  2000 млн.т, сернистого ангидрида около 300 млн.т, диоксида азота более 320 млн.т.

Антропогенное загрязнение атмосферы связано с производственной деятельностью человека: сжиганием топлива, выбросами от технологических процессов, транспорта.

Состояние атмосферы находится в непосредственной зависимости от уровня развития промышленности, транспорта. Интенсивное развитие промышленного производства привело к возникновению проблемы загрязнения атмосферы. Создание мощных промышленных комплексов повлекло за собой концентрацию источников загрязнения атмосферы. По данным Росгидромета в 2000г. проблему загрязнения атмосферы в городах определяли, главным образом, высокие концентрации взвешенных веществ диоксида азота, аммиака, формальдегида, фенола. Превышение ПДК по взвешенным веществам, на этот период превышали в 73 городах, диоксида азота в 96 городах, формальдегида – в 103.

Разовые концентрации взвешенных веществ, оксида углерода, диоксида азота, аммиака, сероводорода, сажи, фенола, формальдегида и некоторых веществ выше ПДК наблюдались в 63-95% городов. Среднемесячные концентрации бенз(а)пирена почти во всех городах, где велось наблюдение были выше ПДК.

Очистка промышленных газообразных отходов, содержащих токсичные вещества – непременное условие ко всем производствам. К сожалению, применяемые в настоящее время методы газоочистки направлены в основном на нейтрализацию их вредного воздействия на окружающую среду. Уровень современного развития промышленного производства выдвигает задачу разработки и внедрения методов обезвреживания газовых отходов, обеспечивающих не только их безопасность для окружающей среды, но и максимальный возврат в сферу промышленного производства.

Внедрение безотходных технологий связано, главным образом, с развитием производства по предварительной переработке топлива: получением «экологически чистых» топлив путем газификации и энерготехнологии, гидрогенизации, очисткой жидкого котельного топлива. Так, энерготехнологическая переработка топлива дает возможность получать высококачественное и «чистое» котельное топливо и одновременно выделять ценные химические компоненты из минеральной части топлива. Технология, сочетающая производство энергии и технологической продукции, позволяющая работать в полупиковом и пиковом режиме нагрузки и резко снижающая выбросы в атмосферу, особенно важна при использовании низкокачественных видов топливно-энергетических ресурсов.

В настоящее время накоплен большой опыт утилизации конечных продуктов сгорания (золы, шлаков, сернистого ангидрида) в различных отраслях: в стройиндустрии (при производстве кирпича, цемента, аглопорита), в дорожном строительстве, сельском хозяйстве. Однако уровень утилизации отходов невысок – не более 10-12% ежегодного выхода.

Промышленные газовые выбросы обычно содержат в своем составе вредные для человека и животных вещества, поэтому необходимо стремиться к ограничению их поступления в атмосферу. В качестве экологической оценки воздействия газовых выбросов на окружающую среду используют понятие предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны помещений, в атмосферном воздухе. Под ПДК понимают концентрацию вещества, которая при длительном потреблении воздуха человеком не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.

Непосредственно на выходе из газовыбросного устройства (например дымовой трубы) содержание вредных веществ, как правило, выше ПДК. ПДК определяется на границе санитарно-защитной зоны. Допускают, что на некотором расстоянии от места выброса загрязнения рассеиваются до неопасной концентрации. Зона, в пределах которой происходит такое рассеивание, называют – санитарно-защитной. Величину санитарной зоны определяют при помощи специальных расчетов.


^ 4.2.2. Методы обезвреживания газовых выбросов

В зависимости от характера и состава промышленные выбросы делят на аэрозольные и газопаровые. Аэрозольные выбросы – это смесь газов с твердыми (пыль, дым) или жидкими (туман, капли, брызги) частицами. Газопаровые выбросы – это смесь газов, не содержащих аэрозольных частиц. Выбросы в атмосферу могут быть непрерывными, периодическими, залповыми и мгновенными. Залповые выбросы происходят при авариях, при сжигании быстрогорящих отходов на специальных площадках уничтожения, когда за весьма короткий промежуток времени выделяется большое количество вещества. Мгновенный выброс осуществляется за доли секунды, например, при взрывах, катастрофах. Отбросы классифицируются также: по организации их выброса в атмосферу – на организованные и неорганизованные; по температуре – на нагретые и холодные; по степени очистки – на очищенные и неочищенные.

По характеру выбросы могут быть разделены на точечные (дымовая труба), линейные (ряд труб, автотрасса) и плоскостные (промплощадка химкомбината).

Кроме того промышленные выбросы можно разделить на технологические – от оборудования; на вентиляционные.

На рис. 4.3 и 4.4 приведены основные методы и устройства для очистки выбросов от аэрозолей и газо-парообразных примесей. Выбор метода для очистки газов в первую очередь зависит от физико-химических свойств частиц дисперсной фазы. Для очистки от пыли и дымов чаще применяются сухие методы: пылеосадительные камеры, циклоны, пылеуловители, различные фильтрующие материалы (рис. 4.3). Для очистки выбросов от туманов и капель главным образом используются мокрые технологии (скрубберы) и электрохимические.

Очистка вентиляционных и технологических выбросов осуществляется с использованием адсорбции, катализа и др. физико-химических методов. Сложный химический состав выбросов, их высокая токсичность, предопределяют, в некоторых случаях, создание многоступенчатых схем очистки. Классификация методов очистки этой категории представлены на рис.4.4.


рис.4.3. Классификация методов и устройств для очистки промышленных выбросов в атмосферу от пылей, дымов и вредных туманов и капель




рис. 4.4. Классификация методов и устройств очистки газов от вредных газо- и парообразных примесей


^ 4.3. Локальные методы регенерации и утилизации сточных вод и отработанных электролитов

Совершенствование систем водоснабжения и водоотведения гальванических производств связано с повышением эффективности очистки стоков, обеспечением автоматизации, гибкости и надежности, с созданием малоотходных замкнутых систем водопользования, исключающих загрязнение окружающей среды, обеспечивающих повторное использование очищенной воды и выделенных ценных компонентов сточной жидкости в технологическом процессе. Решение этой задачи возможно на основе кардинального изменения существующих подходов к проектированию и строительству систем очистки сточных вод - созданию локальных блочно-модульных внутрицеховых систем, включающих последние достижения науки и техники в этой области.

Особое внимание при создании локальных систем водопользования уделено технологиям, основанным на баромембранных методах - обратном осмосе и ультрафильтрации. Технологии, созданные на базе этих методов, в полной мере отвечают современным требованиям научно-технического прогресса.

Наиболее эффективными методами утилизации ценных компонентов сточных вод и регенерации электролитов гальванических производств являются методы, основанные на баромембранных, электрохимических и ионообменных технологиях. Большой эффект достигается при их комплексном использовании.

Остановимся на некоторых из этих методов.


^ 4.3.1. Разделение сточных вод обратным осмосом

Применению обратного осмоса для очистки промышленных стоков от солей тяжелых металлов посвящено большое количество работ. В частности, в работах [105, 162] показана возможность извлечения из растворов обратным осмосом ионов Fе2+, Ni2+ Cr6+, Сd2+, Сu2+ и др. Приводятся принципиальные технологические схемы, обеспечивающие извлечение этих веществ. Анализ состояния очистки сточных вод обратным осмосом позволяет сделать вывод, что перспективы его применения следует связывать, главным образом, с созданием замкнутого безотходного производства. Однако широкое внедрение обратного осмоса в производство связано с рядом объективных трудностей, основными из которых являются:

- создание высокоселективных, стойких к агрессивным жидкостям мембран (плоских, рулонных, в виде полого волокна);

- изготовление компактных обратноосмотических модулей, которые позволили бы в небольшом объеме сосредоточить большую площадь мембран;

- отсутствие сравнительных технико-экономических испытаний различных обратноосмотических аппаратов применительно к конкретным задачам очистки сточных вод;

- отсутствие рекомендаций по оптимальным областям применения обратноосмотических аппаратов в технологических процессах очистки стоков.

Широкое внедрение в промышленность гибких автоматизированных производств (ГАП) требует одновременного внедрения гибких автоматизированных процессов очистки промышленных сточных вод.

Большую роль в надежной и эффективной работе обратноосмотических мембран, и всего аппарата в целом, играет предварительная подготовка раствора, подаваемого на разделение. Загрязнения поверхности мембран при обратном осмосе, возникающие вследствие неправильной подготовки сточной воды, приводят к резкому снижению производительности аппаратов.

Одним из основных недостатков обратноосмотического разделения растворов является необходимость поддержания высокого давления в рабочих камерах аппаратов. В связи с этим специалистами в этой области науки и техники предпринимаются попытки к решению задач по снижению осмотического давления растворов.

Вопросами интенсификации процесса обратноосмотического разделения растворов уделялось мало внимания. Однако мнения о путях интенсификации процесса высказывались неоднократно специалистами ВНИИСС, НИИ ВОДГЕО, АН УССР, МХТИ им. Д.И.Менделеева, ННГАСУ. Основное направление в решении этой важной задачи - искусственное снижение осмотического давления разделяемых растворов.

Анализ различных способов воздействия на физико-химическую структуру растворов, проведенный в проблемной лаборатории ННГАСУ и другими показал, что эффективными путями практического решения задачи снижения обратноосмотического давления растворов, являются:

- обработка исходного раствора в магнитном поле;

- предварительное охлаждение обрабатываемого раствора.

Вопросы интенсификации процесса обратноосмотического разделения растворов путем их предварительного омагничивания в основном представлены в работах [162, 163]. Согласно [27, 105] модель водного раствора электролита можно представить следующим образом: растворитель (в данном случае - вода) рассматривается как равновесная смесь льдоподобных и мономерных молекул, ассоциации "мерцающих кластеров", которые плавают в истинно жидкой фазе из мономолекул. В случае нахождения в воде ионов, последние действуют на соседние молекулы воды, нарушая ее собственную структуру. При этом происходит связывание ионами молекул воды. По данным [229, 230], магнитная обработка заметно влияет на гидратацию ионов. Значительное изменение гидратации наблюдается в разбавленных растворах. В [229] представлены данные по увеличению производительности полупроницаемых мембран после магнитной обработки. Из [105, 163, 229] известно, что вблизи гидрофобных поверхностей (в данном случае мембраны) свойства растворов изменяются по сравнению с основным раствором. Так, вязкость, в зависимости от толщины слоя связанной воды, может значительно увеличиваться. Эффект магнитной обработки, по всей видимости, заключается в том, что раствор в зоне мембраны изменяет свою структуру. Можно предположить, что происходит некоторое "разрыхление" структуры воды и тем самым, повышается производительность мембраны. На другой важнейший параметр обратноосмотического разделения - селективность, магнитная обработка влияния не оказывает, за исключением растворов железа (селективность в отдельных случаях увеличивалась с 74% до 88%).

Вопросу изучения влияния температуры на процесс обратноосмотического разделения в литературе уделено большое внимание. Однако представленные данные противоречивы. По вопросу о влиянии температуры на проницаемость мембран практически нет качественных расхождений [27, 105].

Величина проницаемости мембран зависит от следующих параметров:

G = f(Co, D, Е, R, Т) , (4.1)

где: Co - концентрация загрязнения в разделяемом растворе;

D - коэффициент диффузии загрязнения;

Е - энергия активации проницания жидкости через мембрану;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - температура раствора.

С увеличением температуры (Т) проницаемость (G) растет до определенного предела.

Что касается селективности мембран, то данные достаточно противоречивы, это объясняется тем, что с увеличением температуры проницаемость растворенного вещества и растворителя увеличиваются. Однако селективность уменьшается, так как энергия активации для загрязнения больше, чем для воды и рост проницаемости загрязнения будет более значительным.


^ 4.3.2. Замкнутая схема водопользования участка никелирования

Промывная вода (рис. 4.5) из первой ванны улавливания (2) насосом (3) подается в бак исходного раствора (4) и подвергается обработке методом обратного осмоса на аппарате "фильтр-прессового" типа (5). Фильтрат поступает в емкость для сбора фильтрата (7), а концентрат возвращается в бак (4). Концентрат из бака (4) после достижения определенной концентрации сернокислого никеля (около 15 г/л) перекачивается насосом аппарата (5) в бак (6). В баке (7) объем раствора доводится до требуемого уровня водой второй ванны улавливания (2), содержащей около 0,02 г/л сернокислого никеля. После обработки раствора на аппарате (5) среднее содержание сернокислого никеля составит 0,33 г/л. Далее раствор из бака (7) направляется на обработку на обратноосмотическом аппарате (8). Фильтрат с содержанием NiS04 ~ 0,05 г/л направляют в первую ванну улавливания (1), а концентрат возвращают на рециркуляцию в бак (7) до достижения концентрации NiS04 2 г/л, после чего концентрат сбрасывается в бак (4). Предусмотрена подача промывной воды из ванны (2) через аппарат (8) в первую ванну улавливания (1) для доведения промывной воды до требуемого объема.

В схеме предусмотрена очистка промывной воды второй ванны улавливания (2) на обратноосмотическом аппарате (8) (или в случае низкой селективности мембран предусмотрен метод ионного обмена). Объем промывной воды ванны (2) пополняется до требуемого уровня деионизированной водой.

По мере заполнения бака сбора концентрата (6) производится дополнительное доконцентрирование. При этом фильтрат направляется в бак (4) и далее подвергается двухступенчатой обработке. Концентрат возвращается в бак (6). По достижении необходимой концентрации раствор направляется в технологическую ванну (14) насосом (3).




^ 4.3.3. Разделение сточных вод ультрафильтрацией

Ультрафильтрация, как и обратный осмос, - процесс мембранного разделения растворов, протекающий под действием разности давлений (до и после мембраны) растворов высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений. Обычно ультрафильтрацию проводят при сравнительно низких давлениях 0,05-0,7 МПа.

Ультрафильтрацию в отличие от обратного осмоса используют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя.

По мнению других исследователей основным параметром, определяющим естественную границу между обратным осмосом и ультрафильтрацией является размер пор мембраны. Мембраны с порами радиусом менее 15 А относят к обратноосмотическим, а мембраны с большими порами к ультрафильтрационным. Такой подход определяет различие физических картин фильтрования. Ультрафильтрация следует закону Гагена-Пуазейля (4.2), и можно рассматривать воду в процессе ее движения через поры как сплошную среду согласно уравнению:

, (4.2)

где - поток на единицу поверхности мембраны;

- число пор на единицу поверхности;

- радиус поры;

- вязкость воды;

- пористость (=);

- эффективная толщина мембраны.

Процесс ультрафильтрации характеризуется двумя основными параметрами – селективностью и проницаемостью.

Селективность (%) процесса разделения с помощью полупроницаемых мембран обычно определяют следующим образом:

, (4.3)

где и - концентрация растворенного вещества соответственно в исходной смеси и фильтрате.

Проницаемость (или удельная производительность) G при данном давлении выражается объемом фильтрата V, получаемого в единицу времени t с единицы рабочей поверхности S мембраны:

g = v/st, л/м2с (4.4)

Основными факторами, оказывающими влияние на проницаемость и селективность ультрафильтрации, являются рабочее давление, гидродинамические условия разделения, природа и концентрация растворенного вещества, температура и ряд других факторов.

Применение ультрафильтрации наиболее целесообразно для регенерации обезжиривающих, моющих растворов, очистки сточных вод содержащих жиры, нефтепродукты, красители и др. вещества находящиеся, главным образом в коллоидном состоянии.

В качестве примера разберем работу установки по регенерации моющих растворов на основе половолоконных ультрафильтрации моющих растворов на основе половолоконных ультрафильтрационных модулей УВП-400, производства "Химволокно" г.Мытищи.

По этой схеме регенерация отработанных растворов обезжиривания осуществляется следующим образом. Отработанный раствор собирается в резервуаре (1), оттуда насосом (6) подается на механические фильтры грубой очистки (8) и далее на ультрафильтрационные половолоконные элементы (10), концентрат возвращается в емкость (1), отрегенерированный раствор собирается в емкость (4). Для регенерации ультрафильтров предусмотрена емкость (5), где готовится рабочий раствор. Выделенный концентрат в виде нефтепродуктов направляется на утилизацию.





^ 4.4. Унификация, оптимизация систем и сооружений по обезвреживанию утилизации отходов промышленности

Вопросы унификации оптимизации конструктивных и технологических параметров систем очистки промышленных сточных вод приобретают большую актуальность.

Российскими и зарубежными учеными разработан ряд математических методов оптимизации аппаратов, сооружений и систем очистки сточных вод. В процессе решения различных задач оптимизации накоплен значительный опыт в формировании целевых функций, выборе эффективных методов поиска их экстремума.

В данной главе рассмотрены вопросы оптимизации аппаратов и сооружений очистки сточных вод промышленных предприятий, создаваемых на основе блочно-модульного принципа и унификации.

Решение оптимизационной задачи включает следующие этапы: подготовку технологических и экономических данных для статистической обработки; построение математических моделей процессов с определением коэффициентов корреляции функций и основных технологических и конструктивных параметров; формирование функции-критерия оптимизации и ограничений; математический анализ целевой функции; выбор методов поиска экстремума целевой функции; разработку программы решения задачи на ЭВМ.

Из существующих основных критериев оптимальности - технологических, термодинамических, экономических, в практике оптимизации процессов очистки природных и сточных вод, как правило, применяются экономические критерии (норма прибыли, прибыль, норма рентабельности капиталовложении, годовые приведенные затраты). Чаще всего в качестве целевой функции используются приведенные затраты.

Универсальность экономического критерия оптимальности позволяет осуществлять комплексную оценку процесса с учетом всей совокупности технологических, конструктивных и экономических факторов.

В области очистки природных и сточных вод математические методы оптимизации используются не только для определения оптимальных конструктивных и технологических параметров аппаратов, сооружений и технологических систем, но и служат основой для унификации и стандартизации установок, узлов и деталей посредством определения общей потребности установок, параметрических рядов и численности для организации серийного производства оборудования и установок.

Еще сравнительно недавно конструирование установок, узлов, деталей было основано на частных решениях, во многих случаях принципиально тождественных для изделий аналогичного назначения, но конструктивно различных настолько, что даже детали и узлы общего назначения для каждого изделия проектировались вновь.

Возможность выбора параметров оборудования по рядам предпочтительных чисел создает условия для широкого развития унификации и стандартизации.

Модульный принцип создания очистки представляет собой дальнейшее развитие и совершенствование метода агрегатирования и обеспечивает распространение его на сложные многокомпонентные системы, такие, например, как гибкие автоматизированные системы.

Преимущества создания унифицированных систем очистки сточных вод подтверждаются расчетами экономической эффективности, которая слагается из экономии:

на стадии проектирования - за счет сокращения трудоемкости, длительности и объема проектно-конструкторских работ, создания САПР, позволяющей значительно повысить уровень организации и эффективности проектных работ;

на стадии подготовки производства - за счет применения типовых технологических процессов и сокращения многообразия оснастки и инструментов;

на стадии производства - за счет применения групповой и поточной технологии изготовления и сборки унифицированных модулей;

на стадии ремонта и модернизации - за счет возможности замены соответствующих унифицированных блоков другими, заранее изготовленными.

Анализ состояния систем водопользования промышленных предприятий показал, что оптимизация систем водоочистки наиболее эффективна при переходе на проектирование и строительство блочно-модульных, унифицированных аппаратов, сооружений и систем очистки.


^ 4.4.1. Унификация систем очистки сточных вод

Одним из важнейших достижений современной практики очистки производственных сточных вод является непрерывное увеличение номенклатуры и объемов внедрения в производство очистного оборудования, выпускаемого промышленностью. Это позволяет значительно сокращать сроки проектирования и строительства очистных сооружений, снижать капитальные затраты, обеспечивать успешное и современное решение природоохранных задач во всех отраслях промышленности.

Значительная роль в повышении серийности технологического оборудования, расширении возможностей механизации и автоматизации процессов управления, внедрении прогрессивных методов проектирования и строительства принадлежит унификации.

Унификация изделий, согласно ГОСТ 23945.0-80, определяется как приведение изделий к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей. В зависимости от поставленных задач унификация изделий может проводиться по назначению, средствам обеспечения и обслуживания, агрегатам и узлам определенного функционального назначения, условиям производства.

Одним из важных факторов, сдерживающих темпы разработки и серийного освоения технологического оборудования, сооружений и систем очистки производственных сточных вод, является неудовлетворительное метрологическое обеспечение научных и проектно-конструкторских работ по решению задач унификации.

Отечественный и зарубежный опыт унификации изделий в области машиностроения и приборостроения является основой для решения аналогичных задач в области очистки природных и сточных вод. Существующие принципы унификации не лишены недостатков, основным из которых является отсутствие рекомендаций по методам декомпозиции систем, сооружений и аппаратов для проведения комплексного функционально-стоимостного анализа и оптимизации. Как показывает практика, этот недостаток в конечном итоге приводит к значительному снижению технико-экономической эффективности серийных аппаратов и сооружений и сдерживает процесс совершенствования уже имеющихся решений.

Существующие методы унификации включают секционирование, изменение линейных размеров, базовый агрегат, конвертирование, компаундирование, модифицирование, агрегатирование, комплексную нормализацию. Применительно к области очистки сточных вод целесообразно рекомендовать, как наиболее перспективные, следующие методы:

агрегатирование - синтез аппаратов, сооружений и систем из унифицированных узлов и агрегатов, представляющих собой автономные функциональные блоки и элементы различного технологического назначения;

секционирование - разделение аппаратов и сооружений на отдельные унифицированные секции;

базовый агрегат - расширение сферы применения аппарата, сооружения, принятого за базовый, путем присоединения к нему дополнительного специального оборудования;

изменение линейных размеров - используется с целью увеличения или уменьшения производительности и эффективности работы аппаратов путем последовательного соединения элементов и узлов с неизменной площадью поперечного сечения;

модифицирование - обеспечение возможности изменения (путем замены) конструкции элементов и узлов аппаратов и сооружений с целью приспособления к новым технологическим условиям работы.

Важнейшими условиями правильной постановки и решения задач унификации является научно-обоснованная декомпозиция аппаратов, сооружений и систем с проведением поэлементного функционально-стоимостного анализа; определение потребности аппаратов при организации серийного производства; оптимизация производительности аппаратов, сооружений и систем очистки сточных вод на основе экономического критерия оптимальности. Опыт решения задач унификации в области очистки сточных вод показывает, что для локальных, цеховых систем очистки математическая постановка задач оптимизации должна осуществляться с учетом параметров отдельного оборудования и участков основной технологии.

При создании гибких автоматизированных процессов очистки сточных вод задачи унификации и оптимизации должны рассматривать как единое целое - основную технологию и системы обработки и повторного использования промышленных сточных вод.

Одним из важных моментов, снижающих эффективность решения оптимизационных задач сложных многофункциональных систем очистки сточных вод, является неудовлетворительное состояние методологии унификации и построения типоразмерных рядов оборудования, входящих в их состав, отсутствие научно-обоснованного подхода к декомпозиции сооружений, аппаратов и систем очистки сточных вод, функционально-стоимостного анализа на каждом уровне унификации.

Рассмотрим основные признаки многоуровневой унификации, присущие всем иерархическим системам водопользования:

  • последовательное вертикальное расположение подсистем, составляющих данную систему, - вертикальная декомпозиция;

  • приоритет действий или право вмешательства подсистем верхнего уровня на нижний;

  • зависимость действий подсистем верхнего уровня от фактического исполнения нижними уровнями своих функций.

Основные принципы функционирования многоуровневых систем унификации:

  • принцип интеграции, используемый при иерархическом упорядочении, позволяющий одновременно рассматривать процесс и его управление как единое целое, начиная с самого нижнего уровня, с таким расчетом, чтобы координация взаимодействующих подсистем содействовала достижению целей более высокого уровня;

  • принцип стратификации, позволяющий создавать модели сложных систем с учетом физических подсистем, управленческих и экономических аспектов;

  • принцип адаптации систем, повышения гибкости и надежности при изменении внешнего воздействия.

При решении задач декомпозиции аппаратов, сооружений и систем очистки промышленных сточных вод необходимо придерживаться принципа приоритетности функционального назначения.

Например, при унификации тонкослойных полочных и трубчатых отстойников их декомпозицию следует осуществлять по конструктивным узлам, непосредственно контактирующим со сточной водой и определяющим эффективность очистки. К ним относятся: узел, обеспечивающий равномерное распределение сточной воды по площади живого сечения отстойника; узел полочных или трубчатых блоков; узел равномерного сбора и отведения осветленной воды; узлы сбора и удаления выделяемых в полочных или трубчатых блоках загрязнений.

Остальные конструктивные узлы, технологическое оборудование, средства контроля, регулирования и управления располагаются в иерархической последовательности в зависимости от функциональной значимости (влияние на эффективность осветления сточной воды).

На основе изложенных выше общих свойств многоуровневых иерархических систем унификации разработана обобщенная методология декомпозиции систем очистки промышленных сточных вод, обеспечивающая условия для создания многоуровневой унификации объектов водопользования, разработку унифицированных, гибких, автоматизированных технологических модулей.

Первой попыткой создания структуры многоуровневой унификации систем водообработки является работа В.А. Егорова и Б.И. Кнохинова.

Задача решалась в связи с созданием систем автоматизированного проектирования (САПР) систем водопользования промышленных предприятий. Декомпозиция систем очистки промышленных сточных вод осуществляется с обеспечением пяти уровней унификации. Первый уровень - комплексные технологические схемы водопользования промышленных предприятий;

второй - станция очистки природных и сточных вод;

третий - установки, обеспечивающие очистку одного потока производственных сточных вод;

четвертый - функциональный узел, представляющий часть установки очистки воды;

пятый - составляющие элементы узлов (насосы, баки, отстойники, фильтры, контрольно-измерительная аппаратура).

Следует отметить, что рассмотренный путь декомпозиции объекта на уровни носит достаточно условный характер. Однако, как показала многолетняя практическая работа, предложенная многоуровневая унификация позволяет существенно повысить эффективность проектных работ. Очевидно, что в зависимости от поставленных задач декомпозиция объекта на уровни может быть продолжена до элементов и их деталей, что имеет большое значение при разработке новых и совершенствовании существующих типов оборудования для очистки сточных вод. Количество уровней определяется степенью сложности объектов и конкретными задачами унификации.

В.В. Найденко, Л.Н. Губанов, приняв за основу рассмотренную выше структуру многоуровневой унификации, внесли определенные изменения в принятую терминологию, расширив структуру унификации.

Термин "установка" (третий уровень унификации) заменен на термин "модуль" - законченный технологический комплекс, готовый к выполнению определенных технологических функций (очистка сточной воды определенного расхода и характера загрязнений). Термин "функциональный узел" (четвертый уровень унификации) заменен на термин "функциональный блок" -конструктивно законченный комплекс оборудования для осуществления одного из основных и вспомогательных процессов в технологическом модуле. Например, усреднитель, реагентное хозяйство, смеситель, тонкослойный отстойник, участок обработки осадков, механический фильтр, блоки КИП и автоматики в технологическом модуле реагентной очистки сточных вод.

Термин "составляющие элементы узлов" (пятый уровень унификации) заменен на термин "элемент функционального блока". Примерами элементов функциональных блоков, например, являются регулирующая камера усреднителя с поплавковым регулятором расхода сточных вод, полочные или трубчатые пакеты тонкослойных отстойников с элементами их упаковки и крепления в рабочей камере, гидравлический уплотнитель пакетов плоскорамного обратноосмотического аппарата и т.д.

Шестой уровень унификации - компоненты элементов блоков. Например, пакет мембран обратноосмотического аппарата, дренажная решетка с колпачками сорбционных, ионообменных или механических фильтров. Решая задачи унификации аппаратов и сооружений очистки сточных вод, целесообразно ограничивать их декомпозицию изделиями и деталями, серийно выпускаемыми промышленностью для различных отраслей народного хозяйства, например, трубопроводной арматурой, контрольно-измерительными приборами, насосами, электродвигателями, редукторами и т.д.

Между предлагаемым шестым уровнем унификации (компоненты элементов блоков) аппаратов, сооружений и систем очистки сточных вод и названными выше изделиями и деталями при решении конкретных практических задач может быть достаточно большой интервал, требующий дифференциации функциональных элементов. Число уровней унификации на этом интервале, как и на всех предшествующих, должно быть технически целесообразным и экономически выгодным.

С целью иллюстрации рассмотрим декомпозицию объекта на уровни унификации на примере комплексной системы водопользования гальванического цеха (рис.4.7).




^ Первый уровень унификации - комплексная система водопользования (КСВ) гальванического цеха. На этом уровне производится унификация системы водопользования гальванического производства, включающей: систему водоснабжения, питающуюся от городской водопроводной сети (1); сеть промышленной канализации (2); локальную систему очистки производственных сточных вод; сеть технического водоснабжения (3); сеть хозяйственно-бытовой канализации (4), непосредственно связанной с городской системой водоотведения.

^ Второй уровень унификации - система очистки сточных вод (СВ) объекта водопользования. В данном примере приведена система водопользования с частично замкнутым циклом потребления технической воды. Это достигается за счет применения комбинированной системы глубокой очистки производственных сточных вод. Эффективность работы систем очистки сточных вод определяется эффективностью и надежностью работы технологических модулей.

^ Третий уровень унификации - модуль очистки сточных вод. Система очистки производственных сточных вод гальванического цеха состоит из трех последовательно работающих модулей: модуль реагентной очистки (1); модуль механической, сорбционной и ионообменной (Na-катионитовый фильтр) очистки (2); модуль электродиализной очистки (3). Создание технологических модулей на основе современных научно-технических достижений в области очистки воды, оснащенных соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой и микропроцессорной техникой, является наиболее перспективным направлением в совершенствовании систем очистки сточных вод промышленных предприятий.

^ Четвертый уровень унификации - функциональные блоки (ФБ). На четвертом уровне унификации рассматриваются аппараты и сооружения определенного технологического назначения. На рис. 3.13 приведены три функциональных блока - приемный резервуар с насосом и датчиками предельных уровней сточной воды; вертикальный отстойник с тонкослойными блоками, центральной трубой и водосборными лотками; вихревой смеситель с реактором.

^ Пятый уровень унификации - (ЭФБ) элементы функциональных блоков. Примерами элементов функциональных блоков являются регулирующая камера усреднителя с поплавковым регулятором расхода сточных вод, полочные пакеты тонкослойного отстойника с элементами их упаковки и крепления в рабочей камере и т.д.

^ Шестой уровень унификации - компоненты элементов блоков (КЭФБ), например, дренажная решетка с колпачками сорбционных, ионообменных или механических фильтров. На пятом и шестом уровнях унификации представляется возможность всесторонне проанализировать все элементы функциональных блоков с позиций их функционального назначения, конструктивного и гидравлического совершенства, материалоемкости, коррозионной и абразивной стойкости.

Конечные показатели очищенной воды являются результатом ее последовательной обработки на модулях, входящих в состав технологической системы (горизонтальная декомпозиция), эффективность работы которых является суммарным результатом работы составляющих модуль сооружений или технологических процессов (вертикальная декомпозиция).

Проведенный анализ показал, что каждый из выделенных модулей характеризуется одним или несколькими параметрами, являющимися общими для его составляющих.

Определение конкретных значений параметров проводится путем решения оптимизационной задачи.

На каждом уровне декомпозиции системы может быть сформулирована своя задача оптимизации со своими критериями и методами решения.

Таким образом, унификация аппаратов, сооружений и систем очистки производственных сточных вод позволяет успешно решать сложнейшие научно-технические задачи по созданию прогрессивной техники, повышению серийности оборудования, расширению возможностей применения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и системами автоматизированного проектирования. Является предпосылкой для создания и разработки теории гибких автоматизированных систем водоочистки.


^ 4.4.2. Оптимизация параметров водоочистных установок на различных уровнях унификации

Оптимизацию унифицированного оборудования следует осуществлять путем декомпозиции на два уровня:

внутреннюю - оптимизацию всех основных параметров каждой установки;

внешнюю - совместную оптимизацию главных параметров всех установок и объемов выпуска каждой, осуществляемую методом параметрических рядов.

Оптимизация с декомпозицией на внутреннюю и внешнюю задачу проводится в следующей последовательности:

- выбор или составление математической модели для внутренней оптимизации параметров каждой установки в отдельности, (последовательность решения этой задачи подробно рассмотрена выше);

- определение и уточнение исходных данных внешней оптимизации для группы установок в целом;

- выбор или составление математической модели для внешней оптимизации главных параметров и объемов выпуска установок;

- уточнение внутренней оптимизации на основании результатов внешней оптимизации.

В качестве примера решения задачи оптимизации параметров водоочистных установок выбрана технология разделения и утилизации стоков процесса никелирования гальванического цеха обратным осмосом. На этом же примере рассмотрим методику унификации оборудования установки.

Декомпозиция рассматриваемой установки производится по методике, рассмотренной выше. Схема установки и ее декомпозиция на уровни унификации приведена на рис. 4.8, 4.9.

Изделия после гальванизации проходят промывку предварительно в непроточной ванне (ванне улавливания) и окончательно в ванне проточной промывки. Обратноосмотический аппарат подсоединен к ванне улавливания, после разделения раствора чистая вода (фильтрат) возвращается в ванну улавливания, туда же поступает продувочный расход, в результате чего устанавливается постоянная концентрация раствора X1, поток, содержащий ценные компоненты (концентрат), направляется в узел кондиционирования.

После доведения концентрации до рабочей и удаления нежелательных примесей раствор используется в технологическом процессе. Промывная вода с расходом Q отводится на заводские очистные сооружения. С целью определения потребности рассматриваемой технологии решается задача построения оптимального типоразмерного ряда установок обратного осмоса, удовлетворяющих потребности приборостроительной отрасли.

В дальнейшем оборудование, в соответствии с полученным рядом, должно быть унифицировано и в перспективе может использоваться в сочетании с гибкими автоматизированными линиями, сформированными по модульному принципу. За модуль в рассматриваемой схеме принят аппарат обратного осмоса, оснащенный арматурой, насосным агрегатом и и средствами автоматического контроля.

На первом этапе решается внутренняя задача - оптимизация основных параметров системы. Под системой здесь надо понимать обратноосмотический модуль, связанный посредством трубопроводов и арматуры с гальванической линией (ванной улавливания) и узлом кондиционирования. Все параметры системы взаимозависимы.






Так, при понижении концентрации X1 уменьшается расход промывной воды Q и снижаются затраты по очистным сооружениям на нейтрализацию этого потока, но, с другой стороны, понижение X1 достигается увеличением производительности установки Lн , что влечет повышение энергозатрат и капитальных затрат, увеличивается расход концентрата Lк с меньшей концентрацией компонентов, а это требует больших энергозатрат на его кондиционирование.

Работа установки описывается системой уравнений:

(4.5)


где х0 - концентрация электролита в гальванической ванне, г/л;

x1 - концентрация электролита в ванне улавливания, г/л;

x2 - концентрация электролита в фильтрате, г/л;

x4 - концентрация электролита в концентрате, г/л;

xпдк- предельно допустимая концентрация компонентов электролита в промывной воде, отводимой на очистные сооружения, г/л;

Q - расход промывной воды, м3 /ч;

lh - производительность обратноосмотического модуля по исходному раствору, м3 /ч;

lk - производительность обратноосмотического модуля по концентрату, м3 /ч;

lф - производительность обратноосмотического модуля по фильтрату, м3 /ч;

q' - расход подпиточной воды, м3 /ч;

Св- концентрация примесей в подпиточной воде, г/л;

К - удельный вынос электролита поверхностью изделий, л/м2 ;

S- производительность гальванической линии, м2 /ч.

Для проведения расчетов допускаем, что система служит для разделения раствора сернокислого никеля (процесс никелирования), обратноосмотический модуль укомплектован мембранами МГП-90. Тогда характеристики мембраны запишутся в виде

G = 3,034Р1,017 ∙ x1-0,122, л/м2ч (4.6)

φ = 104,277G –0,054p0,060 · х1-0,060, % (4.7)

где G - проницаемость, л/м2ч

φ - селективность мембран, %

Р - рабочее давление процесса, МПа

Решение задачи осуществляется на основе использования функции годовых приведенных затрат:

З = ЕнК+С, руб., (4.8)

где Ен – коэффициент эффективности капитальных вложений;

К- капитальные затраты;

С – эксплуатационные затраты.

Функция-критерий является нелинейной функцией независимых переменных. Это позволяет сформулировать задачу определения оптимальных параметров системы как задачу нелинейного программирования - минимизировать нелинейную функцию (4.8) при нелинейных ограничениях (4.5).

Все капитальные вложения рекомендуется группировать по видам основных затрат:

а) здания и сооружения (K0);

б) оборудование, трубопроводы, арматура (К1);

Эмпирическая зависимость для К1 получена в результате обработки данных о стоимости обратноосмотического оборудования, выпускаемого в нашей стране.

Эксплуатационные расходы сгруппированы по следующим статьям:

а) стоимость материалов (реагенты) (С1);

б) стоимость электроэнергии ( С2 );

в) стоимость воды (С3);

г) заработная плата (С4 );

д) амортизация основных фондов ( С 5);

е) стоимость текущего ремонта основных фондов( С6);

ж) прочие расходы (С7 )

Функция приведенных годовых затрат с учетом стоимости электролита (С8) и воды (С9), возвращаемых в основную технологию, представляется в развернутом виде:

3=Ен0 +K1)+C1+C234567 - C8 - С9 , руб. (4.9)

Решение внутренней задачи позволяет определить оптимальные параметры системы: концентрацию в ванне улавливания х1, производительность обратноосмотического модуля по потокам lh, lФ, lk , расход промывной воды Q при заданной производительности гальванической линии. Это означает, что каждому виду гальванических линий, которыми укомплектованы предприятия отрасли, должен соответствовать свой обратноосмотический модуль, но количество типоразмеров их будет достаточно велико, что приведет к трудностям и убыткам при организации их серийного производства.

С целью построения оптимального типоразмерного ряда модулей проводится внешняя оптимизация с использованием математического метода динамического программирования.

Виды гальванических линий различной производительности, имеющейся в отрасли, определяются множеством J={1,...,N} (N – количество видов гальванических линий).

Количество по отрасли гальванических линий каждого вида определяется значением φj .

Выбираем перечень U={1,...,M} типоразмеров обратноосмотических модулей в зависимости от главного параметра ( М - количество типов стандартизированных модулей).

Для каждого типоразмера предполагаются известными постоянные затраты на ввод в действие этого типоразмера (в общем виде - goк(V) в зависимости от V - количества выпускаемых модулей данного типоразмера).

Эмпирически определяются затраты Ck(V) на производство одного аппарата К -го типа (К=1,...,М), выпускаемого в объеме V единиц, т.е. с учетом серийности его выпуска.

Так как уже известны значения оптимальных производительностей обратноосмотических модулей для каждого вида гальванических линий, можно определить матрицу Р размерности M x N, где Pkj - число обратноосмотических модулей К -го типоразмера, необходимых для удовлетворения одной гальванической линии j-го вида (К = 1,...,М; j= 1,..,N).

При этом Pkj = ∞, если модуль К-го типоразмера нельзя использовать для j-ой линии.

Поскольку исходная производительность обратноосмотических модулей К-го типа на j-ой линии Pkj х Fk лишь приблизительно равна оптимальной производительности на этой линии, необходимо вычислить значения gэkj - затраты на эксплуатацию аппаратов К-го типоразмера, удовлетворяющих потребности линий j-го вида (получим матрицу gэ размерности M x N).

Под параметрическим рядом обратноосмотических аппаратов понимается набор U некоторых типоразмеров, выбранных из списка U. Функция суммарных затрат на удовлетворение заданного спроса типоразмерами из параметрического ряда U запишется следующим образом:

S(U) = (4.10)

; (4.11)

где - потребность единиц вида j , удовлетворяемое k-ым типоразмерам;

- объем производства (серийность) обратноосмотических аппаратов К-го типоразмера.

Переменные величины и связаны следующими соотношениями:

, j=1,...,N; (4.12)

(4.13)

, , K=l,..,M; j=l,..,N (4.14)

Соотношения (4.12) означают, что спрос j-го вида (потребности гальванических линий вида j ) должен быть удовлетворен полностью, а по формуле (4.13) при известных значениях можно вычислить объемы производства обратноосмотических модулей каждого типоразмера.

Под оптимальным параметрическим рядом модулей понимается такой параметрический ряд, при котором функция суммарных затрат (4.10) достигает минимума по всем параметрическим рядам и по переменным , (K=1,...,M; j==l,...,N), подчиненным ограничениям (4.12), (4.13), (4.14).

Таким образом, задача выбора оптимального параметрического ряда типоразмеров состоит в отыскании таких величин (К=1,...,М; j=l,...,N), для которых имеет место ограничение (3.12), а целевая функция (3.10) принимает наименьшее значение. Тогда типоразмеры с положительными объемами производства и будут являться единицами оптимального параметрического ряда U* .

Так как функции для любого К= ( К=1,..., М ) являются вогнутыми строго возрастающими функциями аргумента V , задачу отыскания оптимального параметрического ряда можно свести к задаче перебора значений.

Вместо функции будем рассматривать ее аппроксимацию кусочно-линейной функцией , совпадающей с функцией в некоторых заранее выбранных точках 1=Vk < Vk < Vk < Vk (рис.4.10).



Величины Vk, Vk, Vk интерпретируются как максимальные объемы выпуска аппаратов соответственно при мелкосерийном, среднесерийном и крупносерийном производствах.

Тогда кусочно-линейную функцию можно представить следующим образом:


= (4.15)


где .


Величины ( = 1, 2, 3 ) можно рассматривать как затраты на организацию производства обратноосмотических модулей К-го типоразмера при малой, средней и большой серийности производства. Величины (= 1, 2, 3) соответствуют затратам на производство одного аппарата К-го типоразмера при малой, средней и большой серийности.

Пронумеруем различные пары ( К, λ, ), К= 1,...,М, λ =1, 2, 3 числами от 1 до ЗМ и обозначим для простоты ЗМ через L. Таким образом, всякой паре (К, λ ) соответствует аппарат К-го типоразмера, выпускаемый либо в малой (λ = 1), либо в средней (λ = 2), либо в большой (λ =3) серии.

С учетом выражения 3.16, (3.12-3.15,) представим в виде:

S(U*) = , (4.16)

где


Подмножество U*{l,...,L}, обеспечивающее минимум целевой функции (4.16), будем называть оптимальным.

Матрица gij удовлетворяет свойству связности, если для любой пары строк i, k разность gij - gkj при монотонном изменении j меняет знак не более одного раза. В случае, когда матрица gij в задаче (8) удовлетворяет свойству связности, для решения этой задачи можно использовать алгоритм динамического программирования.

Принципиальная схема оптимизации типоразмерного ряда обратноосмотических модулей приведена на рис. 4.11.



Блок 1 - задача оптимизации главного параметра (производительности модуля) для каждого вида гальванической линии -внутренняя оптимизация. Блок 2 служит для преобразования выходных данных блока внутренней оптимизации в форму, пригодную для осуществления внешней оптимизации модулей. В этом блоке определяется матрица Р вариантов наборов типоразмеров и соответствующая ей матрица gэ эксплуатационных затрат при каждом из этих вариантов. Блок 3 (внешней оптимизации) определяет оптимальный типоразмерный ряд модулей с точки зрения потребностей всей отрасли в целом.

Блок-схема программы построения типоразмерного ряда обратноосмотических модулей приведена на рис. 4.12.

С целью проверки программы была решена оптимизационная задача для конкретных исходных данных (производительности и количества гальванических линий).

В результате расчета получены типоразмерные ряды на основе рядов предпочтительных чисел R5, R10, R20, R40. Количество типоразмеров модулей, рекомендуемых к серийному выпуску, соответственно равно 5, 8, 9.

R5 : 0,04; 0,25; 0,63; 1,00; 2,50 , (м3 /ч);

R10 : 0,10; 0,25; 0,50; 0,63; 1,00; 1,25; 2,50; 3,15 , (м3 /ч);

R20 : 0,09; 0,25; 0,50; 0,63; 1,00; 1,12; 2,5; 2,8; 3,15, (м3 /ч);

R40 : 0,085; 0,236; 0,50; 0,60; 0,95; 1,106; 2,50; 2,65; 3,00 , (м3 /ч)

Минимум приведенных затрат обеспечивается применением последнего ряда. Эффект достигается в результате возможности выбора тех параметров модуля (из параметрического ряда), которые наиболее близки к оптимальным. С другой стороны, в данной работе не учтена функциональная избыточность модуля. Так, при применении ряда R5 функциональная избыточность достигает 39%, что оказывает положительное влияние на повышение надежности модуля.




^ 4.4.3. Основы теории создания гибких автоматизированных процессов водообработки на промышленных предприятиях

Интенсивное внедрение гибких производственных процессов на предприятиях обусловило необходимость разработки автоматизированных гибких систем водообработки (СВ), гибкость которых не уступала бы гибкости основных технологических процессов.

Существующие системы, как правило, не обладают технологической гибкостью, так как рассчитаны на небольшой диапазон колебаний объемов обрабатываемых промышленных стоков и концентраций загрязнений (наибольшие трудности возникают при изменении состава загрязнений). Характерным примером ограниченной гибкости систем являются станции обезвреживания промстоков гальванических производств, на промышленных предприятиях, осуществивших несколько проектов технического перевооружения гальванических линий и имеющих, как правило, несколько очистных сооружений, построенных в разное время.

Создание замкнутых систем водопользования необходимо осуществлять с учетом экономических и экологических требований, в целях рационального использования ресурсов.

Традиционное инженерное решение - строительство локальных очистных сооружений за пределами цехов и технологических участков, значительная часть объема которых выполняется из монолитного железобетона и громоздких конструкций, бесперспективно, так как их применение ограничено условиями постоянства производительности, ограниченным составом загрязнений, а замена отдельных блоков очистки, коммуникаций, насосного оборудования требует больших капитальных затрат.

При создании гибких автоматизированных систем водообработки (ГАПСВ) авторами рассматривались методологические проблемы, без решения которых невозможно развитие этих систем, в частности:

- разработка методов определения гибкости для проектируемых и существующих систем очистки;

- разработка критериев оптимальности гибких систем водообработки с учетом экономических и надежностных показателей;

- разработка требований к степени автоматизации систем водообработки с учетом необходимости создания адаптивных систем;

- разработка методов оптимального синтеза гибких систем водообработки на основе методов унификации и агрегатно-модульного принципа построения систем.

Большинство существующих установок очистки и обезвреживания промстоков имеет уровень функциональной избыточности, недостаточный для создания гибких автоматизированных СВ, рассчитанных на длительный период работы в условиях изменения основной технологии. Для оценки функциональной избыточности таких систем предлагается ввести два показателя гибкости - статический и динамический. Под статическим следует понимать свойство технологических систем выполнять свое функциональное назначение при нестационарности показателей промстоков на входе очистных сооружений, без привлечения средств управления и регулирования. Динамическая гибкость определяется функциональными возможностями регулирования и управления очистными сооружениями.

При оценке нестационарности сброса промышленных стоков предлагается представлять исходную информацию о колебаниях расходов (Q) и концентраций загрязнений (С) в виде автокорреляционной функции и функции спектральной плотности (получение автокорреляционных функций - результат обработки численной информации в условиях функционирования технологического процесса).

В основу расчета показателей промстоков на выходе из технологической линии, участка или цеха положен принцип матричного представления информации для каждого источника стоков [22] . Матрицы формируются по картам технологического регламента с последующей обработкой информации на ЭВМ. Конечный результат - табулированное или графическое представление значений расходов и концентраций загрязнений как функций времени.

В условиях непрерывного развития основной технологии параметрическая нестационарность расходов промстоков и концентраций корректно описывается моделями, включающими статическую и динамическую составляющие.

Важным показателем при численной оценке эффективности и гибкости СВ является масса выделенных ингредиентов (М) на каждом этапе очистки. Для представления характеристик стоков Qi =f(t) и Ci = f(t), где i = 1, 2, 3..., n весь массив данных, поступающих ежечасно в течение суток (недели, месяца), подвергается статистической обработке с получением массивов значений Qij - tij , Сij - tij, (j-1,2,3…,m) для каждой ступени обработки стоков:

; ; ;

(4.17)

Одновременно вычисляется вероятность полученных значений, а также дисперсии входных и выходных значений.

Прогноз качественного состава сточной воды на выходе из каждого аппарата, сооружения и системы очистки стоков рекомендуется осуществлять на основе математических моделей технологических процессов с учетом реального времени пребывания стоков в технологическом процессе. Распределение концентраций загрязнений в стоках на входе и выходе аппаратов и сооружений позволяет определять суммарную массу загрязнений, выделяемых на каждой j-стадии очистки сточных вод за период функционирования Т,

Мт = (4.18)

, - расходы сточных вод на входе и выходе аппаратов и сооружений на i-м интервале и j-й стадии обработки;

, - концентрации загрязнений на входе и выходе аппаратов.

Результаты анализа динамических характеристик систем водообработки и их элементов должны использоваться для выбора состава сооружений, определения оптимальных конструктивных и технологических параметров, проектирования систем оптимального регулирования и управления.

При обеспечении динамической оптимизации систем водопользования большое внимание уделялось анализу влияния нестационарности показателей сточных вод на входе сооружений и систем водообработки на устойчивость выходных показателей. При этом проводилась численная оценка их статической и динамической гибкости с построением кривых распределения плотностей вероятностей концентраций органических загрязнений. При проектировании новых систем очистки сточных вод рекомендуется оценивать гибкость систем очистки на основе существующих математических моделей аппаратов и сооружений.

Гибкость систем водообработки (Гсв) в общем виде можно представить как

Гсв = Гс cв + Гд cв = f ( Vтптп,Р ) (4.19)

где Гс cв, Гд cв - статическая и динамическая гибкость СВ;

Vтп - скорость изменения качественных показателей обрабатываемых сточных вод;

Этп- эффективность технологического процесса;

Р - надежность СВ.

Продолжительность фукнционирования СВ, которая в конкретных условиях определяется ее гибкостью, следует использовать в качестве одного из параметров технико-экономической оценки ГАП СВ. Показатели надежности систем водообработки не должны быть ниже уровня надежности основных технологических процессов. При сравнительной оценке альтернативных вариантов аппаратов, сооружений и СВ эти показатели надежности должны быть равны.

Важный аспект повышения функциональной избыточности СВ – рассмотренные выше методы унификации основных составляющих элементов с использованием блочно-модульного принципа конструкций.

Вопросы унификации аппаратов, сооружений и СВ на основе стандартных рядов предпочтительных чисел и методов оптимального проектирования рассмотрены в работах [69, 70, 177, 184].

Одним из этапов проектирования СВ является технико-экономическое сравнение альтернативных вариантов. До настоящего времени сравнение осуществлялось путем сопоставления годовых приведенных затрат без учета показателей гибкости системы и массы снятых загрязнений. Некорректность такого сравнения очевидна, так как дорогостоящая система очистки может иметь большую продолжительность функционирования в условиях технического перевооружения основной технологии гальванического цеха, изменения количественного и качественного состава сточных вод и обеспечить более глубокую очистку. Удельные затраты на единицу снятых загрязнений могут быть ниже удельных затрат, характерных для альтернативных вариантов систем.

Для сравнения вариантов СВ рекомендуется использовать универсальный критерий оптимальности, включающий приведенные затраты, массу снятых в процессе очистки воды загрязнений, продолжительности работы системы с заданной надежностью.

Целевая функция будет иметь вид

Фт = (4.20)


где SR - функция приведенных затрат по R -му периоду работы системы ( R = 1, 2, 3..., n);

MR - масса снятых загрязнений за R -и период работы системы;

Т - суммарная продолжительность функционирования системы водообработки.

Опыт показывает, что при внедрении замкнутых систем водопользования линий никелирования, цинкования и хромирования в гальванических цехах предприятий АСУТП этих систем следует структурно объединять с АСУ основных технологических процессов. Это позволит рационально использовать оборудование СВ, повысить его эффективность и надежность работы, поднять экологическую культуру производства и обеспечить рациональное использование материальных и энергетических ресурсов.


Часть 5. Эколого-экономические аспекты природопользования и охраны окружающей среды


^ 5.1 Экологические фонды в охране окружающей среды

Экологические фонды играют значительную роль в оздоровлении окружающей среды, предотвращении ее загрязнения, создании экологически безопасных ресурсосберегающих технологий, в экологическом образовании и воспитании населения.

Экологические фонды являются составной частью общего экономического механизма управления, регулирования системы природопользования и охраны окружающей среды от загрязнения.

Особую роль должны играть экологические фонды отдельных предприятий. Видимо экологические фонды предприятий должны формироваться за счет прибыли предприятия. Данные фонды должны расходоваться строго на осуществление природоохранных мероприятий предприятия. Эффективное использование этих фондов возможно только на основе льготного налогообложения, кредитования, субсидирования конкретных проектов по охране среды на предприятии. Должен соблюдаться принцип материальной заинтересованности предприятия в осуществляемых природоохранных мероприятиях.

Законом РСФСР “Об охране окружающей природной среды” от 19.12.1991 г. №2060-1 и во исполнение Постановления Правительства от 29.07.1992 №442 “О федеральном экологическом фонде Российской Федерации и экологических фондах на территории Российской Федерации” от 28.09.1992 г. был определен порядок направления средств в государственные внебюджетные экологические фонды, определены источники поступления и структура распределения средств.

В соответствии с этими документами, средства экологических фондов распределялись в следующем порядке:

  • 60% средств направлялись на реализацию природоохранительных мероприятий местного (городского, районного) значения с зачислением соответствующих сумм на счета городских, районных экологических фондов;

  • 30% средств оставались в распоряжении экологических фондов республик в составе РФ, краев, областей, автономных областей, автономных округов, городов Москвы и Санкт-Петербурга для финансирования мероприятий соответствующего значения;

  • 10% средств перечислялись в Федеральный экологический фонд Российской Федерации на реализацию природоохранительных мероприятий Федерального значения.

На реализацию природоохранных мероприятий из различных экологических фондов выделялись значительные средства. Так, в 1999 г. всеми экологическими фондами Нижегородской области на финансирование природоохранных мероприятий было направлено 92,9 млн. руб., в 2001 г. – 188,2 млн. руб., а в 2002 г. – более 250,0 млн. руб. В строительство природоохранных объектов было вложено: в 1999г. – 45,2 млн. руб., в 2001 г. – 52,9 млн. руб., в 2002 г. – более 100 млн. руб.

Динамика изменения структуры расходов средств областного экологического фонда по годам (2000-2002 гг..) следующая:

- охрана водного бассейна: 2000г. – 28,7 млн. руб.; 2001г. – 72,6 млн. руб.; 2002 г. – 83,5 млн. руб.;

- охрана атмосферного воздуха: 2000г. – 0,3 млн. руб.; 2001г. – 0,6 млн. руб.; 2002г. – 1,7 млн. руб.;

- охрана почвы, растительного и животного мира: 2000г. – 2,1 млн. руб.; 2001г. – 3,4 млн. руб.; 2002 г. – 5,2 млн. руб.;

- охрана окружающей среды от производственных и бытовых отходов: 2000г. – 2,9 млн. руб.; 2001г. – 7,8 млн. руб.; 2002г. – 6,4 млн. руб.;

- экологическое воспитание, образование, пропаганда экологических знаний: 2000г. – 1,7 млн. руб.; 2001г. – 2,6 млн. руб.; 2002г. – 5,2 млн. руб.;

- обеспечение экологически безопасного устойчивого развития: 2000г – 0,8 млн. руб.; 2001г. – 1,2 млн. руб.; 2002г. – 1,9 млн. руб.;

Всего: 2000г. – 50,1 млн. руб.; 2001 г. – 99,4 млн. руб.; 2002г. – 140,8 млн. руб.

Приоритетным направлением экологических инвестиций является финансирование строительства и реконструкции объектов очистки сточных вод. В структуре расходов средств экофонда основную долю (≈70,9%) составляет строительство природоохранных объектов. Источниками формирования экологических фондов являются: плата за загрязнение водных объектов (30-35%); плата за размещение отходов (35-40%); плата за загрязнение атмосферного воздуха (15-18%); плата за воспроизводство природных ресурсов (3-10%); иски, штрафы (0,5- 1,5%); пени (1-3%); прочие (1,0-4%).

На рисунках 5.1. и 5.2. приведены структура экономического механизма природопользования и схема формирования экологических платежей на примере республики Татарстан.

Рисунок 5.1 Структура экономического механизма природопользования в Республике Татарстан.





оставить комментарий
страница5/8
Дата30.09.2011
Размер2,1 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх