Расчет балансовых схем движения воды и примеси в системах промышленного водоснабжения (стр. 2 )

откуда

Qоб = Q’ отр - Q’ исп - Qпот

Делая соответствующие преобразования в уравнениях 1 - 4 и подстановки в уравнение (1), получаем общее уравнение баланса расхода воды в системе, а решая его относительно Qвод, находим расчетное количество воды для подпитки системы:

Qвод = Qтер + Qисп + Qотр + Q’ пот+ Q’ исп + Qпост - Q’ отр (9)

Пользуясь зависимостью Si = Ci Qi подставляя соответствующие значения расходов примеси Si в уравнение (9), получаем уравнение баланса примеси для системы:

Sвод= Sтер + Sотр + Sпот+ S’пот - Sпост – S’отр (10)

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 = Sвод + Sоб (11)

Если Sтех < Sвод + Sоб, то подпиточная вода нуждается в обработке, а количество диктующей примеси, которое при этом следует удалить из воды ∆S подсчитывается по разнице:

∆S = Sвод + Sоб - Sтех (12)

Величине ∆S на рис. 2 соответствует S’ пот.

В случае соблюдения условия Sтех Sвод + Sоб подпиточная вода для системы в предварительной 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 обоpoтный цикл пpимесь поступает, с водой источника Sвод, и в процессе использования Sпост, и выделяется вместе с водой, теряемой при использовании и при обработке Sтер, Sпот, S’пот.

Если все количество поступающей примеси будет устраняться из цикла, т. е. когда будет существовать равенство

Sвод + Sпост= Sтер + Sпот+ S’пот , (13)

то концентрация примеси на отдельных участках цикла будет оставаться постоянной и какой-либо надобности в отведении воды из цикла не возникает.

Необходимость отведения воды из систем обусловливается следующим:

1. Наличием в воде, кроме диктующей примеси Sотр, удаляемой при обработке воды в требуемом количестве, мешающей примеси Sм, не выделяемой из системы вообще или в нужном количестве.

Если в о6оpотный цикл, в связи с содержанием примеси в воде или в связи с технологическим процессом, поступает некоторое количество мешающей примеси Sм, не выделяющейся при обработке, то постепенно концентрация ее повышается до некоторой предельной Смпред, определяемой условиями технологии. Тогда, чтобы остановить дальнейшее повышение концентрации этой примеси, необходимо вести расчет на отведение ее из цикла расходом воды, определяемым уравнением:

Qотв= Sм / Смпред (14)

Тогда на внутрисистемные очистные сооружения будет поступать количество воды

Q’отв = Qотр- Qотв (15)

Расход мешающей примеси, подлежащий выделению при обработке воды, будет:

∆ Sм= Sмотр- Sмотв- Sмоб (16)

Отводится этой примеси

Sмотв= Qотв· Смотр (17)

Сравнивая расход диктующей или мешающей примеси, содержащейся в отводимой воде Sотв, с предельно возможным расходом ее в сбрасываемых водах Sсбр , мы можем иметь два случая:

1. Sотв Sсбр, т. е. расход примеси в сточной воде меньше или равен допустимому для вод, сбрасываемых в водоем. В этом случае сточные воды могут непосредственно сбрасываться в водоем без очистки.

2. Sотв> Sсбр, 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 Qотв.

Обработка сбрасываемой из системы воды связана с выделением примеси или превращением ее в безвредную примесь и потерей некоторой части сточной воды Q”пот, Q”исп.

Если при обработке оборотной воды, по техническим или экономическим соображениям, снизить концентрацию примеси представляется возможным лишь до некоторой величины Cоб1 , большей по сравнению с требуемой величиной Соб, то с водой, прошедшей обработку, в оборотную систему будет поступать количество примеси:

Sоб1= Qоб· Соб1 (18)

что больше допустимого расхода примеси, т. е.

Sоб= Qоб· Соб (19)

В связи с этим нарушится равновесие примеси, поступающей на технологический процесс, так как

Sтех1 = Sвод + Sоб1 > Sтех (20)

Следовательно, необходимо уменьшить расход примеси, уходящей с водой после обработки с Sоб1 до допустимого количества Sоб, т. е. на величину Sоб1 - Sоб.

При изменившихся условиях обработки воды из нее выделяется примесь с расходом Sвыд1, что меньше, чем Sвыд при Sоб. Следовательно, на обработку может подаваться не весь расход примеси Sотр, а меньший на величину (Sоб1 - Sоб) + (Sвыд1 - Sвыд).

Это потребует отведения расхода воды

Qотв =[(Sоб1 - Sоб) + (Sвыд1 - Sвыд)]/ Сотр (21)

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

Sотв= Qотв· Сотр = Sоб1 - Sоб+ Sвыд1 - Sвыд (22)

На практике могут встречаться случаи оборотного водоиспользования, когда отведение части воды из системы производится не непрерывно, а периодически.

При периодическом частичном наполнении и опорожнении системы концентрация примеси с течением времени нарастает о Сminотр до Сmaxотр. Чтобы не превзойти установленной величины Сmaxотр, необходимо установить периодичность процесса наполнения и опорожнения Т и расход отводимой воды Qотв.

При наполнении (пуск в эксплуатацию или после капитального ремонта) в систему поступит количество воды и примеси:

Sвод= Qвод· Свод (23)

За период работы Т в систему поступает дополнительно количество воды:

Qдоп = T·( Qпост- Qтер - Qисп) (24)

и вместе с ней дополнительно примеси:

Sдоп=T· Qдоп· Свод (25)

В результате концентрация примеси в воде системы повысится до величины:

Сmaxотр=( Sвод+ Sдоп)/(Qдоп+ Qвод) (26)

Приращение концентрации примеси ∆С составит:

∆С=Сmaxот р- Сminотр=[(Sвод+ Sдоп)·Qвод -(Qдоп+Qвод)·Sвод]/(Qдоп+Qвод)·Qвод (27)

Подставив в уравнение (27) значение Sдоп из уравнения (25) и решив его относительно Т, получим:

Т =[∆С·(Qдоп+Qвод)·Qвод -(Qдоп+Qвод)·Sвод]/ Qдоп·Qвод· Свод (28)

3. Система последовательного водоиспользования.

Принципиальная схема последовательного использования воды приведена на рис. 3, где также приведены соответствующие параметры воды.

 

Q’тер Q’’тер Q’’’тер

C’тер C’’тер C’’’тер

S’тер S’’тер S’’’тер

Q’пост Q’’пост Q’’’пост

C’пост C’’пост C’’’пост

S’пост S’’пост S’’’пост

Qтех Q’отр Q’’отр Q’’’отр Qсбр

Cтех C’отр C’’отр C’’’отр Cсбр

Sтех S’отр S’’отр S’’’отр Sсбр

Q’исп Q’исп Q’’’исп Qпот; Свыд; Sвыд

Рис. 3. Принципиальная схема последовательного использования воды: 1, 2, 3 - потребители, последовательно использующие воду; 4 - выходные очистные сооружения.

 

При последовательном водоиспользовании вода, использованная на одном этапе, подается на следующий. Обработка воды перед сбросом в водоем осуществляется лишь в конце пути, проходимого водой, т. е. после последнего этапа ее использования. Последовательно, например, может использоваться вода после бензиновых холодильников, где она нагревается не более 28°С (температура кипения бензина), с целью охлаждения темных нефтепродуктов, допускающих нагрев воды до 80°C.