CC BY
37
УДК 628.179.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
В.Г.Судникович1, Ю.А.Авиво2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены параметры оптимизации системы водоотведения автотранспортных предприятий. Участок мойки автотранспорта определен как основная составляющая системы автотранспортного предприятия, подлежащая оптимизации. С помощью математической модели оборотной системы выявлены закономерности накопления загрязняющих веществ в оборотной воде. Математическая модель позволяет с помощью варьирования расхода воды на мойку автомобиля и концентрации загрязняющих веществ, поступающих от различных категорий автомобилей, производить расчет оптимальной емкости отстойника, учитывая возможность существующих условий его размещения. Ил. 3. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: автотранспортные предприятия; система водоотведения; концентрация загрязняющих веществ; математическая модель; оптимизация.
DETERMINATION OF OPTIMIZATION PARAMETERS FOR WATER DISPOSAL SYSTEMS OF MOTOR TRANSPORT COMPANIES V.G. Sudnikovich, Y.A. Avivo
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The optimization parameters of water disposal systems of motor transport companies are examined. The site of the car wash is specified as the main component of the motor transport company system to be optimized. By means of the mathematical model of a circulating system the regularities of pollutants accumulation in the circulating water are revealed. Through varying the water flow rate for a car wash and the concentration of pollutants coming from the different categories of vehicles the mathematical model enables the calculation of the optimum tank capacity, with regard to the possibility of existing conditions for its positioning. 3 figures. 4 sources.
Key words: motor transport companies; water disposal system; concentration of pollutants; mathematical model; optimization.
Автомобильный транспорт уже давно стал главным средством перевозки грузов и людей. На его долю приходится около 74% общего объема перевозок грузов и 55% перевозок пассажиров. Он является мощным сектором экономики, обслуживающим практически все отрасли хозяйства и все слои населения. Однако процесс автомобилизации противоречив. Обеспечивая людям новый качественный уровень жизни и способствуя развитию рыночной экономики, автомобилизация имеет и негативные последствия, связанные с загрязнением окружающей среды.
Современные автотранспортные предприятия (АТП) потребляют и сбрасывают относительно небольшое количество воды (100-2500 м3/сут.), но число таких предприятий велико, так что общий объем водо-потребления и водоотведения отрасли приобретает внушительные размеры. Стремительный рост парка автомобилей ведет к увеличению объема водопо-требления и водоотведения. Около 80% суммарного стока на предприятиях автомобильного транспорта
составляют загрязненные производственные сточные воды, образующиеся при непосредственном использовании воды в технологических операциях.
Водное хозяйство автопредприятия представляет собой сложную систему, которая состоит из ряда подсистем: оборотных циклов с очистными установками, водопровода для подачи свежей воды из внешних источников, промышленно-ливневой канализации, шламонакопителей, установок утилизации отходов. Активными элементами системы являются потребители воды, влияющие в разной степени на количественную и качественную характеристики работы водного хозяйства АТП. К ним относятся непосредственно сами автомобили, а также технологическое оборудование, потребляющее воду на различных производственных участках.
Процентное соотношение водоотведения загрязненных сточных вод от различных производственных участков автопредприятия представлено на рис. 1.
1Судникович Вера Геннадьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения Института архитектуры и строительства, тел.: (3952) 405142.
Sudnikovich Vera, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Service Lines and Life Support Systems of the Institute of Architecture and Construction, tel.: (3952) 405142.
2Авиво Юлия Анатольевна, аспирант, тел.: 89148864320.
Avivo Yuliya, Potgraduate, tel.: 89148864320.
1,50% ,4,28% 0,78%_ , ^ J
□ мойка автомобилей V94%
□ ремонт двигателей внутреннего сгорания
□ аккумуляторный участок
□ окрасочный участок
Рис.1. Водоотведение загрязненных сточных вод производственных участков А ТП
Загрязненные производственные сточные воды образуются при мойке автомобилей, ремонте двигателей внутреннего сгорания, промывке деталей аккумуляторов, окраске автомобилей. Наибольший объем загрязненных производственных сточных вод АТП -сточные воды от мойки автомобилей, их расход составляет от 85 до 94% от общего суточного отведения производственного сброса.
Очевидно, что основной мерой по сокращению сбросов загрязняющих веществ от АТП является снижение расходов сточных вод от участка мойки автомобилей, которое возможно за счет уменьшения во-допотребления. Современное автотранспортное предприятие потребляет воду для мойки подвижного состава в количестве от 100 до 2200 л на автомобиль [1]. После мойки образуется сточная вода, загрязненная взвешенными веществами (песок, илистые и глинистые частицы) и нефтепродуктами (масла,
бензин, консистентные смазки), которая требует обязательной очистки перед отведением в водоем или канализацию.
Повторное использование воды при мойке автомобилей на основе внедрения бессточных систем ведет к сокращению количества сбрасываемых сточных вод от предприятия в целом. Для предотвращения загрязнения окружающей среды системы мойки автомобилей оснащаются установками механической очистки сточных вод, которые предусматривают использование воды в оборотном цикле. При такой системе водопользования чистая вода подается только на восполнение потерь и испарения.
Так как мы определили участок мойки автомобилей как участок образования наибольшего количества загрязненных производственных сточных вод, то далее рассмотрим параметры, подлежащие оптимизации оборотной системы автомоечного комплекса. Создание математической модели участка мойки автотранспорта с помощью логико-математической конструкции позволяет описать основные свойства объекта водоотведения, его параметры, внутренние и внешние связи.
При создании оборотных систем мойки автотранспорта возникает задача расчета содержания в воде загрязняющих веществ, поскольку оно регламентируется технологическими требованиями, техническими условиями фирм-поставщиков оборудования для автомоек и экологическими требованиями. Исходной информацией для составления математической модели принята балансовая схема водопотребления и водоотведения участка мойки автотранспорта Иркутской автоколонны Восточно-Сибирской железной дороги (ВСЖД) (рис.2).
о
(и
« о о «
3,91 Мойка 31,31
М- потери
о
о ©0
оТ
СП
Отстойник 31,57 Установка очистки 0,26
осадок
0,43 осадок
г
Рис.2. Балансовая схема водопотребления и водоотведения участка мойки Иркутской автоколонны ВСЖД
(расходы приведены в м3/сут)
Рассматриваемая балансовая схема состоит из трех участков:
• непосредственно мойка автомашин;
• отстойник, в котором происходит накопление и отстаивание загрязненных сточных вод после мойки;
• установка очистки сточных вод.
На основе балансовой схемы составлена расчетная математическая модель (рис.3), в которой все звенья описываются математическими формулами. Участки балансовой схемы, в свою очередь, образуют узлы (У1) расчетной модели, в которых происходит ввод или вывод воды и сточных вод с различными параметрами.
Модель находится в состоянии динамического равновесия. Расчет параметров, составляющих узлы модели, производится решением системы уравнений:
(У1) Q4 x к4 + £ х к5 + G3 - Q2 х k2 - Q6 x k6 = 0 , (Уз) Q2 x к2 - G, - Q3 x к3 = 0, (Уз) Q3 x к3 - G2 - Q4 x к4 = 0,
где 01-п - расходы, м /сут.; к1-п - концентрация загрязняющего вещества, мг/л; С^ - масса сухого осадка, г/сут.; У1-п - объем осадка, м /сут.
В рассматриваемой математической модели величины постоянных параметров уже подписаны. Расчет системы ведем по концентрации взвешенных веществ в оборотной воде. Эта модель служит основой для расчета также по содержанию нефтепродуктов в оборотном цикле. Принимаем, что концентрация взвешенных веществ при мойке составляет к5 = 1300 мг/л [1], расход воды на мойку принят 02 = 32 м /сут.,
потери воды при мойке составляют 10-15% [1] и приняты Q6 = 3,91 м3/сут. Концентрация взвешенных в оборотной воде на мойку не должна превышать k4 < 70 мг/л [2]. При расчете степень очистки на установке очистки блочного исполнения должна быть не менее 90%. Параметрам, входящим в узел и выходящим из него, присваиваются противоположные знаки. Число уравнений равно числу узлов в математической модели.
Для решения поставленной задачи использовали пакет прикладных программ Excel. Простейший способ прогнозирования - решение задач методом "Что будет, если ...?", - при котором задаются различные наборы значений исходных параметров системы, позволяет оценить значения расчетных параметров. Многократные расчеты позволяют оценить, как реагирует изучаемая система, описанная в виде математических соотношений, на те или иные изменения в условиях ее функционирования, и выбрать то решение, которое более всего удовлетворяет предъявляемым требованиям, - оптимальное решение.
Процесс накопления загрязняющих веществ в сточных водах в узлах системы находится в динамике. Выявлено, что накопление загрязняющих веществ в оборотной воде можно определить как сумму членов геометрической прогрессии, принимая один цикл оборотной системы за член геометрической прогрессии, определяемый по формуле:
S = Ь,
, - gn , - g
где Ь1 - концентрация загрязняющих веществ в первом цикле оборотной системы, мг/л; g - эффект очистки, %; п - количество циклов.
Рис. 3. Расчетная математическая модель
Исследуя процесс накопления загрязняющих веществ в оборотной воде с помощью предложенной математической модели, можно сделать вывод о том, что с увеличением количества циклов рост концентрации загрязняющих веществ становится таким незначительным, что модель переходит в статическое состояние. Это подтверждается свойством геометрической
о Ь,
прогрессии £ ^—— при п ^да.
1 - 8
Получено, что при постоянном поступлении одинакового количества загрязняющих веществ с водой от мойки (в рассматриваемом примере концентрация взвешенных веществ принята равной 1300 мг/л) концентрация взвешенных веществ в оборотной воде составит 1354,2 мг/л.
Вариантами оптимизации системы являются: варьирование расхода воды на мойку автомобиля за счет подбора оборудования для мойки; расчет оптимальной емкости отстойника с учетом возможностей существующих условий его размещения.
Возможность практически мгновенного расчета одних данных на основе других позволяет решать различные задачи по оптимизации системы в зависимости от заданных постоянных параметров.
В конечном же итоге, основной целью оптимизации системы водоотведения автотранспортных предприятий является сокращение негативного воздействия на окружающую среду, заключающегося в исключении сброса загрязненных сточных вод в водные объекты и на поверхность.
Библиографический список
1. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий автомобильного транспорта: 0НТП-01 -91; утв. Росавтотранс 07.08.1991. М.: Росавтотранс, 1991. 132 с.
2. Ведомственные строительные нормы предприятия по обслуживанию автомобилей: ВСН 01-89; утв. М-вом авт. транс. РСФСР 12.01.1990. М.: Минавтотранс, 1990. 24 с.
3. Нормы водопотребления и водоотведения в технологических процессах отрасли ОН 016-01124328-2000; утв. МПС РФ 14.10.2000. М.: Мин-во путей сообщения, 2000. 9 с.
4. Муратова Л.А., Гольдин А.Я., Молодов П.В. Водопо-требление и водоотведение автотранспортных и авторемонтных предприятий. М.: Транспорт, 1988. 207 с.
