Структурные блок-схемы

Течение любого водоочистного процесса определяется множеством взаимосвязанных между собой параметров (рис. 18.1):

входные параметры х₁, x₂...x_i (например, концентрации и состав фоновых и антропогенных загрязнений исходной воды), не зависящие от режима процесса;
управляемые параметры p₁,p₂...р_i (например, дозы реагентов, скорость фильтрования и др.), оказывающие прямое воздействие на ход процесса;
возмущающие параметры, которыми невозможно управлять (например, колебания доли активного вещества в товарном реагенте);
выходные параметры у_i зависящие от качества исходной воды и принятого режима процесса очистки воды, суммарного воздействия указанных выше параметров.

Оптимизация режимов работы комплекса водоочистки достигается в результате варьирования управляемых переменных: дозы реагента, продолжительности процесса очистки и др. Сложность решения задачи оптимизации определяется числом управляемых переменных (по возможности целесообразно исключить переменные, мало влияющие на величину критерия оптимизации).

При решении задач оптимизации при моделировании технологических процессов необходимо принимать во внимание объективно существующие ограничения, которые накладываются на входные, управляемые (оптимизируемые) и выходные параметры и характеристики состояния процесса. При оптимизации работы технологической схемы водоочистного комплекса эти ограничения вызваны диапазоном изменения концентраций ингредиентов природного (фонового) и антропогенного происхождения, обусловливающих качественный состав природных вод, условиями физической реализуемости, надежности очистных сооружений, а также нормативными требованиями.

Как показывает практика, существуют принципиальные различия в подходе к решению оптимизационной задачи для проектируемой и уже действующей водопроводной станции, в частности к выбору и обоснованию критерия оптимизации. Так в первом случае принимаются годовые приведенные затраты (включая капитальные вложения и эксплуатационные расходы с обоснованным сроком окупаемости в строительстве), во втором случае принимаются суммарные годовые эксплуатационные затраты, причем та их часть, которая зависит и от показателей качества воды, и от оптимизируемых параметров.

Далее в качестве примера нами рассмотрены две технологические схемы очистки, для которых были разработаны структурные модели оптимизации. На рисунке приведена структурная модель оптимизации технологической схемы очистки для питьевых целей мутных цветных поверхностных вод, содержащих примеси антропогенного происхождения, плохо поддающиеся извлечению из воды без дополнительной ее доочистки озонированием и сорбцией.

Блок-схема очистной станции

Интервалы варьирования технологических параметров

№ п/п	1 Технологические параметры	Уел. обозначения	Ед. изм.	Интервалы варьирова ния
1	Доза хлора	Д_хлор	мгС1₂/л	1,06-3,5
2	Доза коагулянта	Д_к	мг/л	55-60
3	Доза полиакриламида	Д_ПАА	мг/л	0,06-0,22
4	Продолжительность пребывания воды в смесителе	t_cм	мин	1,5-2,3
5	Продолжительность пребывания воды в камере хлопьеобразования	t_кхо	мин	10-25
6	Вертикальная скорость в камере хлопьеобразования	V_кхо	мм/с	1,55-2,0
7	Продолжительность отстаивания	t_отс	час	2,4-3,1
8	Горизонтальная скорость движения воды в отстойнике	v_отс	мм/с	3-6
9	Скорость фильтрования	v_ф	м/ч	5-15
10	Толщина фильтрующего слоя	L_ф	м	0,6-2
11	Концентрация взвеси на входе в фильтр	М_отс	мг/л	8-30
12	Диаметр гранул загрузки скорых фильтров	d_c	мм	0,7-1,5
13	Доза озона	Д_оз	мгОз/л	1-5
14	Продолжительность контакта воды с озоновоздушной смесью	t_оз	мин	6-20
15	Скорость фильтрования воды на сорбционном фильтре	v_сорб	м/ч	5-15
16	Продолжительность контакта воды с сорбционной загрузкой	t_сорб	мин	10-20
17	Относительное расширение сорбционной загрузки	e_сорб	%	25-50
18	Интенсивность промывки сорбционного фильтра	q_сорб	л/с м²	6-12
19	Расход обезвоженного осадка по сухому веществу	Q_oc	т/сут	10-60
20	Расход воды по станции	Q_ч	м³/ч	2400-3100

Основу такой модели составляют четыре блока: качества исходной воды (I); комплекса основных и вспомогательных сооружений очистки воды, ее обеззараживания и повторного использования промывной воды и обработки осадка (II); ограничений, накладываемых на оптимизируемые параметры управления технологическими процессами, и основные показатели качества воды (III); функционирования критерия оптимизации с обратной связью (IV).

Упрощение оптимизационной задачи возможно при условии, когда заведомо принимаются решения о незначительном влиянии параметров работы сооружений по обработке и повторному использованию промывной воды и обработке осадков в процессе эксплуатации станций водоочистки на конечный результат расчетов. Это допустимо в тех случаях, когда возможность реализации нескольких режимов эксплуатации сооружений по очистке промывных вод и их повторного использования, а также обработке осадков в данных конкретных условиях резко ограничена или исключается вообще (например, когда промывные воды после отстаивания по экономическим соображениям сбрасываются для разбавления в водосток ниже по течению от размещения водозабора и очистной станции), когда эксплуатационные затраты по этим блокам незначительно сказываются на общей тенденции изменения приведенных затрат по станции в целом.

Вернуться к списку