Повторное использование сточных вод

В оборотной системе водоснабжения при повторном использовании стоков их температура и концентрация загрязнений непрерывно меняется. Интенсивность процессов зависит от многих факторов, но основные – тип системы водоснабжения и график ее работы. В замкнутой структуре, куда непрерывно поступает вода, концентрация примесей возрастает от цикла к циклу. Допустимые параметры загрязнений установлены требованиями к качеству воды.

Для того чтобы концентрация С не превышала установленные значения C_макс выполняется продувка системы. При этом происходит некоторая потеря воды, которую нужно компенсировать свежей. Подпиточный объем равен сумме всех потерь в системе. Баланс воды в финале цикла пользования рассчитывается по следующей формуле:

W_под = W_и + W_у + W_ф + W_пр + Q_з – Q_ст, где

• W_под – количество подпиточной воды в м³/цикл;
• W_и – потери на испарение в м³/цикл;
• W_у – потери на унос в м³/цикл;
• W_ф – потери на фильтрацию в м³/цикл;
• W_пр – потери при продувке в м³/цикл;
• Q_з – объемы, потраченные на технологические нужды в м³/цикл;
• Q_ст – объемы стоков, используемые для обратного водоснабжения на объекте в м³/цикл.

Для большинства объектов потери не Q_з – Q_ст велики, и можно принимать Q_з = Q_ст. Если на предприятии нет систем охлаждения, показатель W_у можно считать нулевым.

Концентрацию примесей можно рассчитать формуле, но предварительно нужно принять такое положение: в момент времени t объем загрязнений в системе составляет W₀C. Но через t + Δt показатель изменится:

W₀ (C + ΔC) = W₀C + (A + B) Δt – (W_у + W_ф + W_пр + q) C Δt, где

• ΔC – изменение объемов примесей в циркуляционной жидкости за время Δt;
• A – постоянное значение вещества, поступающего в систему водоснабжения за определенную единицу времени с подпиточной водой, когда A = W_под + С_под;
• B – постоянное значение вещества, поступающего в систему водоснабжения за то же время со сточной оборотной водой, когда B = Q_з + C_ст;
• q – объем забираемой из системы воды, которая перед использованием проходит полную очистку в м³.

Значения q всегда фиктивны, поскольку 100-процентная очистка невозможна. Для точных расчетов используется специальная формула.

Изменение количества примесей выражается формулой:

W₀ΔC = (A + B) Δt – (W_у + W_ф + W_пр + q) C Δt.

Его нужно разделить на W₀, после подстановки результата в ту же формулу получается дифференциальное уравнение:

dC / (A + B / W₀ – ΣKC = dt.

В начале цикла при расчете t принимается равным 0, а С₀ = const. И получается формула для выражения концентрации вещества на начальном этапе:

C = A + B / ΣKW₀ + (С₀ – A + B / ΣKW₀) e ^–ΣKt.

Эта формула действительна при t=0, а C = С₀. Но при t равным продолжительной эксплуатации системы или бесконечности, концентрации примесей достигнут равновесия, и могут рассчитываться следующим уравнением:

C = A + B / ΣKW₀.

Или с полными значениями элементов:

C = (W_и + W_у + W_ф + W_пр) C_под + Q_з С_ст / _у + W_ф + W_пр + q/

Это уравнение учитывает все факторы и разрешает их вычислить. К величинам, влияющим на концентрацию загрязнений, относятся:

• объемы продувочной воды;
• концентрация вещества в сбрасываемой сточной воде С_ст;
• объемы воды, отправляемые на предварительную очистку q.

Все эти параметры можно регулировать. И этих способов три: очистка сбрасываемой сточной воды, продувка системы, очистка оборотной воды, подаваемой на технологические процессы производства. Они разнятся по желательности. При продувке вода сбрасывается в водоем и загрязняет его. А, значит, от нее лучше отказаться совсем или свести к минимуму.

Наиболее рациональным представляется очистка сбрасываемой сточной воды, поскольку она обеспечивает наибольшие показатели чистоты жидкости в системе оборотного водоснабжения. Это становится особенно важным, если в структуру включен водоем.

Относительно воды отправляемой на производства, то ее очистка рациональна в том случае, если жидкость не удовлетворяет требованиям.

Формулой C = A + B / ΣKW₀ + (С₀ – A + B / ΣKW₀) e ^–ΣKt целесообразно пользоваться, если на концентрацию загрязняющего вещества влияют такие факторы: осаждение труднорастворимых солей, биохимические процессы и прочие аспекты. Например, если нужно учесть минерализацию органических веществ, используется коэффициент:

k₁ = k₁/ lg_e = 2,3 k₁, где

• k₁ – константа скорости потребления кислорода, определяемая экспериментальным путем в лаборатории.

Определение коэффициента K_ос, который учитывает оседание взвешенных веществ, – затруднительно. Его лучше устанавливать в процессе эксплуатации опытным путем. Если система обратного водоснабжения проектируется, при расчетах можно использовать лабораторные определения:

Количества вещества – W₀ (C – С_к), где

• С_к - концентрация взвеси, оставшаяся в воде;
• C – С_к – часть, выводимая из объема осаждением.

А коэффициент рассчитывать по формуле:

K_ос = W₀ (C – С_к) / W₀ C = 1 - С_к/C.