Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Способы управления технологическими процес сами на городских очистных сооружениях кана лизации (ГОСК) 7
Цель и задачи исследования 31
Глава 2. Методики решения задач оптимального управления процессами очистки сточных вод и обра-ботки осадков на ГОСК 32
2. 1. Постановка задачи оптимального управления технологическими процессами на ГОСК 32
2. 2. Методика решения задачи оптимального управления распределением потоков сточной жидкости, ила и воздуха между параллельно включенными сооружениями ГОСК 42
2. 3. Методика решения комплексной задачи оптимального управления технологическими процессами на ГОСК 45
2.4. Методика расчета выплат ГОСК за сброс в водоемы остаточных загрязнений с очищенной сточной жидкостью 48
2. 5. Выводы 50
Глава 3. Оптимизационная модель технологического цикла очистки сточных вод и обработки осадков на ГОСК 52
3. 1. Описание управляемой системы ГОСК и ограничений, устанавли ваемых на ее основные параметры 52
3. 2. Математическое моделирование процессов очистки сточных вод и обработки осадков на ГОСК 55
3. 3. Сравнительный анализ результатов моделирования и фактических показателей очистки сточных вод 76
3. 4. Математическая модель оптимального распределения сточной жид- кости между параллельно включенными первичными отстойниками 79
3. 5. Математическая модель оптимального распределения сточной жид кости между параллельно включенными аэротенками 80
3. 6. Математическая модель оптимального распределения воздуха между параллельно включенными аэротенками 82
3. 7. Математическая модель оптимального распределения сточной жидкости между параллельно включенными вторичными отстойниками 84
3. 8. Алгоритмизация вычислительного процесса решения задач опти мального управления технологическими процессами наГОСК 86
3.9. Выводы 96
Глава 4. Результаты решения задач оптимального управ ления процессами очистки сточных вод и обработ ки осадков на ГОСК 98
4. 1. Задача оптимального распределения сточной жидкости в группе параллельно включенных первичных отстойников 98
4. 2. Задача оптимального распределения сточной жидкости, циркулирующего ила и воздуха в группе параллельно включенных аэротенков .101
4. 3. Задача оптимального распределения сточной жидкости в группе
параллельно включенных вторичных отстойников 106
4. 4 Комплексная задача оптимального управления технологическими процессами на ГОСК 108
4. 5. Оценка технологического потенциала ГОСК .' 117
4.6. Компьютерная модель для решения задач оптимального управле ния технологическими процессами очистки сточных вод и обработки осадков на ЭВМ в производственных условиях 126
4.7. Экономическая оценка эффективности оптимизационных меро приятий 132
4. 8. Выводы 140
Заключение 142
Список литературы 144
Приложения 156
- Методика решения задачи оптимального управления распределением потоков сточной жидкости, ила и воздуха между параллельно включенными сооружениями ГОСК
- Сравнительный анализ результатов моделирования и фактических показателей очистки сточных вод
- Задача оптимального распределения сточной жидкости, циркулирующего ила и воздуха в группе параллельно включенных аэротенков
- Экономическая оценка эффективности оптимизационных меро приятий
Введение к работе
Сточные воды, поступающие в городские канализационные сети от населения и промышленных предприятий, способны вызвать серьезное загрязнение окружающей среды. Важным звеном в цепи природоохранных мероприятий является эффективное функционирование городских очистных сооружений канализации (ГОСК).
Современные ГОСК представляют собой, сложный комплекс взаимосвязанных сооружений; в которых протекают физико-химические и биологические процессы очистки сточной жидкости и обработки изъятых из нее загрязнений (осадков). Осуществление этих процессов сопровождается і значительными материальными затратами, связанными, в частности, с потреблением электроэнергии электрооборудованием ГОСК, расходом реагентов, топлива и компенсацией ущерба, наносимого природе.
На сегодняшний день для многих российских ГОСК характерна следующая проблема: существующая технологическая схема не позволяет очищать сточную жидкость так эффективно, как это требуется согласно установленным нормам.
Такая ситуация сложилась, во-первых, по причине амортизации сооружений и оборудования, поскольку, как правило, ремонт и модернизация финансируются в недостаточном объеме. Во-вторых, ужесточились требования к качеству очистки стоков со стороны природоохранных служб. С подобными проблемами в большей или меньшей степени сталкиваются и другие страны.
Выход из этой ситуации очевиден. Нужно вкладывать значительные средства в реконструкцию, интенсификацию, модернизацию ГОСК. Однако, к примеру, в нашей стране в настоящее время вследствие сложной экономической ситуации такое решение проблемы видится в неопределенной перспективе.
Одновременно, как это отмечается рядом исследователей [12, 15, 30, 44], требует совершенствования и действующая на территории РФ система эконо мического стимулирования природоохранной деятельности. С одной стороны, очистные сооружения должны платить штрафы за загрязнение водоема даже тогда, когда сбрасывают в него безопасные стоки, очищенные так эффективно, как это требуется. А с другой стороны, и в этом парадокс, вместо того, чтобы качественно очистить стоки, оказывается экономически более выгодным заплатить штрафы, загрязнить водоем и сэкономить на качестве очистки. Тарифные ставки для загрязняющих веществ, по которым рассчитываются размеры платежей за сброс в водоемы очищенной сточной жидкости, на сегодняшний день нуждаются в корректировке.
Данное исследование посвящено разработке, во-первых, системы мероприятий для интенсификации работы очистных сооружений канализации в стесненных финансовых условиях, во-вторых, системы экономического стимулирования эффективной очистки сточных вод.
Методика решения задачи оптимального управления распределением потоков сточной жидкости, ила и воздуха между параллельно включенными сооружениями ГОСК
Задача,оптимального управления-распределением потоковсточной. жидкости, ила и воздухамежду параллельно включенными сооружениями по отношению к комплексной задаче оптимального управления системой ГОСК являются: независимой. Она может быть решена аналитическим путем. Получим методику ее решения в общем виде.
Для этого представим равенство (2. 8) с учетом формулы (2. 7) в виде следующего равенства:
Концентрации некоторого ингредиента загрязнения сточной жидкости на выходе из первого К і, второго К 2, і - го Kh N-го KN сооружения группы сооружений, работающих параллельно, а также его среднюю концентрацию в объединившемся потоке Кср в рамках задачи оптимального управления можно отнести к вектору показателей состояния у . Изображая модель данной группы сооружений согласно формуле (2. 1), получим:
Расход сточной жидкости q/ является одним из управляющих параметров и входит в вектор й, где Q - расход потока сточных вод, поступающего на группу соору жений в целом. Таким образом, для любого і - го сооружения группы параллельно включенных сооружений оптимальная величина расхода сточных вод может быть определена по формуле (2. L8), полученной путем преобразования равенства (2.17): Расход циркулирующего ила с„. пропорционален расходу сточной жидкости Q: пропорциональности (степень рециркуляции).
Соответственно, для любого j - го сооружения группы параллельно включенных аэротенков оптимальная величина расхода циркулирующего ила qcirj может быть определена по формуле: Для каждого из аэротенков представим функцию (х , її) в виде произведения: где її" - вектор м , из которого исключена составляющая, характеризующая величину расхода воздуха qair}.
С учетом проделанной замены и равенств (2. 13) и (2. 14) запишем: Согласно свойству равных дробей (формула 2. 16) равенство (2. 20) можно дополнить и представить в следующем виде: где ? „ . - общий расход воздуха, поступающего на аэротенки: j=" Таким образом, для любого - го сооружения группы параллельно включенных аэротенков оптимальная величина расхода воздуха может быть определена по формуле (2. 22), полученной путем преобразования равенства (2. 21):
Система ГОСК характеризуется большим числом независимых переменных. Это предопределяет особенности решения комплексной задачи оптимального управления ею. Как справедливо отмечают авторы [2], критерий оптимальности, функция эксплуатационных затрат 3 включает в себя большое количество трансцендентных математических зависимостей, которые зачастую не могут быть записаны в явном виде. Она является многоэкстремальной, имеющей наряду с абсолютным экстремумом локальные экстремумы. При этом определить абсолютный экстремум аналитически, методами строгого математического анализа практически не представляется возможным.
В подобных случаях решение задач оптимального І управления осуществляется методами математического программирования. В частности, как указывают авторы [2], достаточно точным для решения задачи оптимального управления системой ГОСК является один из методов дискретного программирования — метод полного перебора. Суть его заключается в следующем.
Область значений каждого из управляющих параметров и{, щ, .-, ит в пределах установленных ограничений разбивается на равные интервалы. Величина интервала устанавливается из соображений практической целесообразности. Например, минимальный интервал между соседними значениями такого управляющего параметра как доза ила в аэротенках- может составлять 0,05 кг/м3. Данное значение находится в пределах погрешности лабораторных методов определения величины дозы ила.
Таким, образом получаются некоторые конечные множества Mj, М2, .... Мт значений: управляющих параметров, составляющие в целом некоторое конечное множество Я. Для всех возможных сочетанийэлементов множества " определяются значения вектора показателей состояния: которые, в свою очередь, образуют некоторое конечное множество У7. Далее, в результате непосредственного просмотра всех элементов множества Упри помощи ЭВМ из множества Я отбирается множество ш векторов управляющих параметров Щ, йг ... йй при которых достигается цель управления: обеспечиваются установленные нормативы качества очищенных сточных вод. Для каждого элемента множества со определяется значение функции 3:
Поиск наименьшего значения 3min = тіп(3) также может быть осуществлен непосредственным просмотром всех значений ЗІ на ЭВМ;
Если ни один из элементов множества не удовлетворяет цели управления, и нормативные требования к качеству очистки сточных вод не выполнимы, то решением оптимизационной задачи является такой элемент массива Я, кото рому соответствует наименьшее значение показателя общей экологической опасности Аобщ.
Для сокращения, количества вычислений целесообразно проведение предварительного анализа переменных, входящих в вектор її, что позволяет выявить те из них, оптимальные величины которых могут быть определены аналитически, в результате решения локальных задач оптимизации. К примеру, очевидно, что число включенных вторичных отстойников должно быть максимально возможным, и нет необходимости осуществлять перебор всех возможных значений этого параметра.
Решение комплексной задачи оптимального управления, позволяет, в частности, определить, какова должна быть очередность выполнения ремонтных работ (или реконструкции) на ГОСК в том случае, когда планируется ремонт (реконструкция) нескольких единиц сооружений и оборудования. Для каждого из намечаемых мероприятий должен быть определен показатель A3 (если оптимальный режим управления ГОСК на момент начала производства соответствующих работ способен обеспечить нормативную степень очистки сточных вод) либо ААобщ (если нормативная степень очистки стоков недостижима при любом режиме управления); где (3) о и (Аобщ) о - оптимальные значения показателей 3 и Ао6щ до ремонта (реконструкции); (3)р и (Ао6щ)р - прогнозируемые оптимальные значения показателей 3 и А0вщ, которые они примут после проведения намечаемого мероприятия. Таким образом, если намечается некоторое количество N мероприятий по ремонту (или реконструкции) ГОСК, то могут быть определены значения ДЗь АЗі, ...Д3# либо ААобщи ААобщі, ААобщх, расстановка которых в порядке убывания соответствует оптимальному графику выполнения комплекса планируемых мероприятий.
Сравнительный анализ результатов моделирования и фактических показателей очистки сточных вод
Математические модели технологических процессов очистки сточных вод и обработки осадков, примененные в настоящем исследовании, широко используются для расчетов ГОСК уже на протяжении нескольких десятилетий и зарекомендовали себя высокой степенью адекватности моделируемым объектам. На их основе созданы государственные нормативные документы, справочники и учебные пособия [78, 28, 63, 62, 8, 73, 74]. В рамках данной работы исследование этих моделей производилось с 1996 по 2003 год на ГОСК Новосибирска, Кемерово, Барнаула, Новокузнецка, Искитима и Абакана и расхожде ниє расчетных и фактических данных находилось в пределах двадцати процентов. В ходе исследования моделировались многообразные производственные ситуации, возникавшие в процессе эксплуатации этих объектов: работа ГОСК в условиях нормальной, повышенной и пониженной гидравлической нагрузки и загрязненности сточных вод; отключение на ремонт отдельных сооружений и оборудования, снижение температуры обрабатываемых стоков и осадков в холодный и повышение - в жаркий периоды.года и проч. На протяжении исследования изменялись значения технологических параметров ГОСК: дозы ила и расхода воздуха в аэротенках, степени рециркуляции ила, коэффициентов использования объема сооружений, количества и:влажности образующихся осадков и т. д.
Для наглядной характеристики этих моделей» проведем сравнение данных, найденных расчетным путем, и фактических эксплуатационных показателей, определенных в ходе инструментального и лабораторного контроля технологических процессов.
Случайным образом выбирается несколько дат, и из базы результатов наблюдений за эксплуатационными показателями очистных сооружений канализации МУП «Горводоканал» г. Новосибирска берутся данные, характеризующие ход технологических процессов в соответствующие дни По этим данным, задаваясь известными значениями входных х и управляемых й, параметров системы ГОСК, рассчитываются: величины, г/м3 основных показателей загрязненности очищенных сточных вод: БПКПОЛн LBX, концентрации, взвешенных веществ С„, концентрации ионов NHI tf ; эффект очистки по данным показателям, %, соответственно: 3L, Э с и 3V - отклонения ДЭ, % расчетных величин эффекта очистки У от фактических значений Э&: A3L{Cjn = Э(СфЛГ) -3f{CN)\.
Значения сравниваемых расчетных и фактических показателей приведены в табл. 3. 6 (величины входных и управляемых параметров для каждого случая представлены в приложении 2).
В рассматриваемой выборке максимальные отклонения составили: по БПКполк - (Д-Э )тах = 4,9; ПО ВЗВешеННЫМ ВещеСТВаМ - (Д3с)тах = 3,4; ПО NH -(ДЭ#)тах = 5,2.
С учетом ошибок лабораторных методов измерения БПК сточной жидкости, концентрации в ней взвешенных веществ и ионов NH (величина ошибки достигает десяти процентов от определенного значения) и общепринятой величины погрешности инженерных расчетов (5 %) можно заключить, что степень подобия математической модели исследуемому объекту удовлетворительна.
В соответствии с методикой решения задачи оптимального распределения потоков сточной жидкости, ила и воздуха между параллельно работающими сооружениями (раздел 2.2. настоящего исследования) потоки сточных вод по сле каждого из N„0 отстойников при оптимальном распределении должны ха рактеризоваться одинаковыми величинами концентрации взвешенных веществ: (cno)i (Ог =..-= (cn0)i —...- (cno)Nrio = С„о- (3. 66) Согласно формуле 3. 7 и методике расчета первичных отстойников, используемой в настоящем исследовании, в соответствии с которой величина эффекта осветления сточных вод э„0 определяется непосредственно по параметру tm (формула 3. 6), равенство 3. 66 может быть заменено равенствами 3. 67 и 3. В соответствии с разделом 2.2. настоящего исследования потоки сточной жидкости после каждого из Nam аэротенков при оптимальном распределении должны характеризоваться одинаковыми величинами БПК: Согласно формуле 3.13 равенство 3.71 может быть заменено следующим равенством: Суть биохимических процессов очистки сточных вод в аэротенках позволяет утверждать, что при соблюдении равенств 3. 73, 3. 74 и 3. 75, одинаковом качестве исходной жидкости и одинаковом кислородном режиме во всех аэротенках равенства 3. 76 и 3. 77 будут обусловлены. Таким образом, с учетом формулы 3.19, необходимым и достаточным условием для справедливости равенства 3.71 является выполнение равенств 3. 73 и 3. 74 и подобие кислородных режимов во всех аэротенках. Согласно формулам 3. 14-3. 16: В соответствии с разделом 2. 2. настоящего исследования потоки сточной жидкости после каждого из Nam аэротенков при оптимальном распределении воздуха должны характеризоваться одинаковыми величинами БПК и показателя »эквк Ст-С0}
Поскольку величина Со становится известной только после выполнения соответствующих вычислений (формулы 3. 28 - 3. 34), то в первом приближении в формулу 3. 86 подставляется произвольное значение С0 в пределах от 0 до Сm которое вслед за расчетом аэротенков уточняется в дальнейших приближениях.
В соответствии с разделом. 2. 2. настоящего исследования потоки сточной жидкости после каждого из Neo вторичных отстойников при оптимальном распределении должны характеризоваться одинаковыми величинами концентрации взвешенных веществ:
Согласно формуле 3.38 равенство 3. 87 может быть заменено равенством 3. 88 или равенством 3. 89, в котором, также, использовано свойство равных дробей:
В задачах оптимального управления технологическими процессами на ГОСК, рассматриваемых в данном разделе, не предусматривается возможность ремонта, реконструкции и переоборудования сооружений, смена температурного режима в метантенках и марки флокулянта для центрифуг, и значения
Задача оптимального распределения сточной жидкости, циркулирующего ила и воздуха в группе параллельно включенных аэротенков
Имеется 12 параллельно включенных аэротенков с регенераторами, обладающих следующими конструкционными: характеристиками: Wam = 12525 - -15975 м3; Wr = 4175 + 5325 м3; Hair= 4,65 м; Kh2= 2,025 4- 4,05. Сточная жидкость, поступающая на аэротенки, имеет следующие показатели: Величина атмосферного давления составляет: / = 760 мм рт. ст.
В сооружения подается воздух и циркулирующий ил расходами, соответственно, Концентрация циркулирующего ила равна: Л, = 4,33 + 8,67 кг/м3. Зольность ила равна: J,- = 0,33 -s- 0,34.
Величины показателей биохимических процессов очистки сточных вод в аэротенках: ртах, Для заданных условий требуется определить оптимальные величины расходов сточных вод, циркулирующего ила и воздуха, поступающих на каждый из аэротенков.
Рассмотрим два характерных случая функционирования сооружений. В первом случае исходные данные предполагают возможность осуществления полной биологической очистки с развитием процессов нитрификации. Во втором случае - невозможность снижения БПКП0ЛН очищенной в аэротенках жидкости до показателей полной биологической очистки (/ „, 20 г/м3)..
В ходе решения данной задачи в обоих случаях по формулам 3. 81; 3. 85 и 3. 95 определяются оптимальные величины расхода сточных вод, циркулирующего ила и воздуха для каждого из аэротенков, и, с помощью математической модели, описанной в разделе 3. 2 данного исследования, рассчитывается, какими при этом окажутся показатели загрязненности очищенной жидкости. В процессе расчетов концентрация активного ила в каждом аэротенке at определяется по формуле 4. 2, полученной из уравнения материального баланса вещества ила в аэротенке 4. 1: Результаты решения задачи приведены в табл. 4. 2. Из них следует, что для представленных исходных данных вследствие оптимизации распределения сточных вод; циркулирующего ила и воздуха в группе аэротенков увеличение эффекта очистки по показателю БПКП0ЛН может составить до 5,3 %, а по содержанию в очищаемой жидкости ионов NH - 7,7 %. Однако нагляднее была бы оценка полученных результатов по снижению абсолютного значения показателя БПКП0Лн- Как следует из табл. 4. 2, итогом оптимизации может быть уменьшение величины БТЖполи очищенной жидкости в 1,9 раза: 18,1/9,5 = 1,9. Для заданных условий требуется определить оптимальные величины расходов жидкости, поступающих на каждый из отстойников. Рассмотрим два характерных случая. В первом случае отклонение величины расхода жидкости, поступающей на каждое сооружение, от оптимального значения составляет ± 30 %. Во втором случае на каждый отстойник поступает одинаковое количество сточных вод, что при поверхностном рассмотрении может выглядеть наилучшим распределением потоков. В процессе решения данной задачи по формуле 3. 90 определяетсяопти-мальная величина расхода сточных вод для каждого отстойника и, с помощью математической модели, описанной в.разделе 3. 2 данного исследования, рассчитывается, какова при этом окажется концентрация ила, выносимого из отстойников. Результаты решения приведены в табл. 4. 3. Из них, во-первых, следует, что для представленных исходных данных вследствие оптимизации распределения сточных вод в группе вторичных отстойников концентрация выносимого ила. может снизиться в 1,6 раза: 16 / 10,1 1,6. Во-вторых, как показали расчеты, равномерность гидравлической нагрузки на отстойники не обуславливает наилучшие показатели их работы. данной задачи рассмотрено для двух характерных случаев. В первом случае целью управления технологическими процессами на ГОСК является обеспечение нормативной эффективности очистки сточных вод. В результате управления величины основных показателей загрязненности очищенной жидкости: Сех, Lex, NH ex, NOjex - не должны превышать установленных норм. Для второго случая данная цель недостижима при любом режиме управления системой ГОСК. Исходные данные для решения рассматриваемой задачи приведены в приложениях 3 и 4, в том числе тарифные ставки по выплатам за сброс загрязняющих веществ в водоем имеют следующие величины: вс = 117,705 руб./т;
В приложении 3 представлены значения входных параметров, а также тех из управляющих параметров, возможность изменения которых не оговорена условием задачи. Как было отмечено в разделе 3. 8, в рассматриваемой постановке задачи.оптимального управления не предусматривается возможность ремонта, реконструкции и переоборудования сооружений, смена температурного режима в метантенках.и марки флокулянта для центрифуг, и значения управляющих параметров Dnot К dno, #„ ,, W Hamt Wr, Kam Kn Hain Ки, Deo, Feor Нв0і Kno, Явозд, Чщш Щ Wmt. Tmh qcf, afl приняты постоянными.
В приложении1 4 представлены ограничения областей значений управляющих параметров. Комплексы значений исходных данных для каждого из рассматриваемых случаев совпадают, за.исключением величины илового индекса /,. В первом случае значение It принято равным 105 см3/г, во втором случае - 200 см3/г. Результаты решения данной задачи представлены в приложении 5. Необходимые вычисления произведены в соответствии с алгоритмами, разработанными в разделе 3. 8 настоящего исследования.. В первом случае оптимальные значения ah Qain и Rf равны, соответственно, 1, 2 кг/м3, 166000 м3/час и 0,3. При этом величины основных показателей загрязненности очищенной жидкости не превышают; установленных норм: Сех = 10 г/м3; Lex = 14,.7 г/м3; NH4ex = 7,59 г/м3; N03ex - 7,54" г/м3 (приложение 5, режим.«А»). Предельно допустимые значения этих показателей составляют; соответственно: ЛДСС - 10 г/м3;ПДС1 = 15 г/м3; ПДСШі = 8 г/м3; ПДС = 9 г/м3. Оптимальный режим управления характеризуется величиной параметра 3:. 162 166 рубУсут. Величина выплат 5 составляет 2096 рубУсут. При любом другом режиме управления для заданных исходных данных параметр 3 принимает большее значение. Все возможные сочетания значений параметров а„ Qair и R h реализация которых обеспечивает нормативную эффективность очистки сточных вод по всем рассматриваемым показателям загрязненности, и сопутствующие им ве и очищаемой жидкости. Так, если а( = 1,25 кг/м3, Я( = 0,3 и Qair = 164000 м3/час, то NH4ex = 8,2 г/м3, что превышает ЛДСШ4. Оптимальное значение степени рециркуляции находится на нижней границе области допустимых величин и составляет 0,3. Критическое значение а, составляет 1,2 кг/м3. Дальнейшее снижение величины щ приводит к сверхнормативному повышению показателя ,&. Так, если а,= 1,15кг/м3,Л,-О и0,Л.= 166000 м3/час, тоLex= 15,2 г/м3. Как свидетельствует представленный фрагмент массива значений, увеличение дозы активного ила в аэротенках приводит к улучшению качества очищенных сточных вод по показателю БПКП0Ян- Однако чем больше расходуется кислорода в процессе окисления органических загрязнений сточных вод, тем меньше его в очищаемой жидкости остается для окисления аммонийного азота, В результате, параллельно уменьшению величины показателя L увеличивается значение показателя NH4ex и уменьшается значение показателя NOsex Повышение дозы ила в аэротенках при сохранении величины степени рециркуляции приводит к - увеличению концентрации ила в иловых камерах вторичных отстойников; - уменьшению влажности и объема избыточного ила, увеличению продолжительности его уплотнения в илоуплотнителях; - уменьшению влажности и объема уплотненного ила, величины распада сухого вещества ила в метантенках; - увеличению количества сброженного осадка по сухому веществу и уменьшению его количества по объему; - увеличению расхода флокулянта при центрифугировании сброженного осадка; - уменьшению продолжительности работы центрифуг и объема образующего ся фугата и т. д.
Экономическая оценка эффективности оптимизационных меро приятий
Оптимизация процессов распределения потоков сточной, жидкости, активного ила и воздуха в группах параллельно работающих сооружений на ГОСК не требует специальных затрат материальных средств. Экономический эффект от выполнения соответствующих действий выражается в снижении величины выплат за сброс в водоем загрязняющих веществ с очищенной сточной жидкостью.
Величина этих выплат прямо пропорциональна содержанию компонентов загрязнения, расходу сточных вод и размеру тарифных ставок, установленных для каждого компонента. Длябольшей наглядности полученных результатов представляется целесообразным экономический эффект от каждого из рассматриваемых мероприятий рассчитывать при одной и той же производительности ГОСК. В расчетах примем величину суточного расхода сточных вод Qcym 500000 м3/сут. Если при оптимизации процесса распределения сточных вод в группе параллельно включенных вторичных отстойников концентрация взвешенных веществ в очищенной жидкости уменьшится на 5, 9 г/м3: 16 - 10,1 = 5,9 (табл. 4.3), то ее БПКпоян, согласно формуле 3. 39, снизится на 4, 13 г/м3 (при зольности активного ила Si = 0,3). 133 Используя формулу 3. 96, можно определить величину АВ, рубУсут, на которую в результате проведения данного мероприятия сократятся выплаты В: В разделе. 4. 2. приведены результаты оптимизации процесса распределения потоков сточной жидкости, циркулирующего ила и воздуха в группе параллельно включенных аэротенков для двух характерных случаев функционирования ГОСК. В первом случае рассматривался эксплуатационный режим, при котором в аэротенках осуществляется полная биологическая очистка сточных вод, и протекают процессы нитрификации. Во втором случае эффективность очистки по показателю БПКПШЩ значительно ниже и процессы нитрификации не наблюдаются.
Результаты оптимизации процесса распределения потоков сточных вод в группе параллельно включенных первичных отстойников представлены в разделе 4. 1. Максимальное снижение концентрации взвешенных веществ в осветленной жидкости в итоге оптимизации составило 6, 9 г/м3: 117,6 — 110,7 = 6,9. Если зольность взвешенных веществ Si = 0,3, то, согласно формуле 3. 8, БПКПОлн при этом уменьшится на 4,83 г/м3. Наибольший экономический эффект оптимизации будет наблюдаться в том случае, если обработка сточных вод ограничивается их механической очисткой, при работе ГОСК в аварийном режиме с отключенным узлом биологической очистки. Тогда АВ составляет: Для технико-экономической оценки результатов решения комплексной задачи оптимального управления ГОСК проанализируем все рассчитанные в разделе 4. 4. возможные режимы их работы. Анализ показывает, что с позиций экономии материальных средств, имея действующие в настоящее время тарифные ставки навыплаты за сброс в водоем загрязнений с очищенной сточной жидкостью, эффективность эксплуатации ГОСК возрастает пропорционально сокращению подачи воздуха и циркулирующего ила в аэротенки. Режим эксплуатации, наиболее выгодный экономически, для таких же исходных данных, как и у режимов «А» и «В» (приложение 3), характеризуется следующими показателями: а, = 0,9 кг/м3; Qair = 90000 м3/час; R, = 0,3; Сех = 10 г/м3; Lex - 35 г/м3; NH4et = 15,15 г/м3; NOiex = 0 г/м3; В = 35968 руб./сут., 3 = 148335 руб./сут., А0ещ = 2,24 (значения остальных показателей приведены в приложении 5, режим «С») - и не обеспечивает эффективной очистки сточных вод. Представляется очевидным, что установленные на сегодняшний день тарифные ставки требуют корректировки. Как было отмечено во второй главе, в настоящем исследовании предлагаются новый подход к их назначению, который включает два основных положения. Первое положение Размеры тарифных ставок должны подбираться для каждых ГОСК индивидуально, с учетом экономических показателей их функционирования таким образом, чтобы выплаты за сброс загрязнений являлись безусловным стимулом для обеспечения требуемой эффективности очистки сточных вод.
Второе положение Если концентрация компонента загрязнения сточных вод не превышает величину установленного для него ПДС, то выплаты за сброс его в водоем не производятся. Таким образом появляется дополнительный стимул для природоохранной деятельности. Это оправдано тем, что согласно методике определения самой величины ПДС, очищенная сточная жидкость с нормативными показателями загрязнен ности считается " . безвредной для принимающего ее водоема [66]. При ее сбросе экологическое равновесие не нарушается и не требуется затрат материальных средств для его восстановления. С учетом данного положения размер выплат В должен определяться по формуле 4. 1: причем если концентрация К какого-либо компонента загрязнения в очищенной жидкости меньше его ПДС: К ПДСк, то удельная величина выплат за сброс этого компонента в водоем в формуле 4. 1 принимается равной нулю: e# = 0. 136 В настоящем исследовании методом подбора было установлено, что для режима «А» (приложения 3 и 5) тарифные ставки должны быть следующими: вс = 117,705 руб./т; eL = 29,127 рубУт; eNHt = 39800 рубУт; = 9,7755 рубУт. (табл. 4. 8, графа 3). При таких значениях тарифов и расчете размера выплат по формуле 4. 1 показатели оптимального режима будут следующими: 5 = 0 рубУсут., 3 = 160070 рубУсут. (табл. 4. 8, графа 3). Следует отметить, что применение предлагаемой методики назначения размера тарифных ставок в рассматриваемом примере позволяет снизить значение показателя 3 для оптимального режима эксплуатации на 2096 рубУсут. (162166 — 160070 = 2096) по сравнению с использованием действующей методики определения величины выплат. На рис. 4. 2д в графическом виде представлены математические зависимости показателя 3 от величины расхода воздуха в аэротенках (исходные данные приведены в приложении 3, режим «А», щ = 1, 2 кг/м3; Rt = 0,3). График {Qair — 3) построен по: результатам расчета величины выплат по действующей методике (данные приведены в.таблице 4. 4 со ссылкой «а»), а график {Qair — 3) - при расчете выплат по формуле 4. 1 и использовании величин тарифов, приведенных в графе 3 табл. 4. 8. Оптимальному режиму на графике (Qair — ЗУ (Qair = 166000 м /час) соответствует минимум показателя 3, что не наблюдается на графике (Qair - 3). Дня режима «В» (приложения 3 и 5) тарифные ставки должны быть следующими: ес = 25000 руб./т; eL= 23900 руб./т; ?ш4= 39400 рубУт; Л о,= 9,7755 рубУт. (табл. 4. 8, графа 5). При таких значениях тарифов и расчете величины выплат по формуле 4. 1 показатели оптимального режима будут следующими: В = 135 278 рубУсут., 3 = 298 449 рубУсут. (табл. 4..8, графа 5). Любой другой режим характеризуется большими значениями показателя 3. В природоохранной деятельности стран, занимающих передовые позиции в вопросах охраны природы, практикуется поэтапное ужесточение тарифов на: сбрасываемые в окружающую среду загрязняющие вещества [30], [44]. Представляется целесообразным, если технологическая схема очистных сооружений не позволяет достигать требуемой степени очистки сточных вод, предоставлять владельцам ГОСК некоторое время, необходимое для соответствующей рекон Рисунок 4. 10. Эксплуатационные показатели ГОСК при различных значениях тарифных ставок на выплаты за сброс загрязняющих веществ струкции. объекта, в результате которой данные требования станут, выполнимы. На протяжении этого времени ГОСК, работающие в оптимальном режиме с минимальным значением показателя А общ, могли бы административным решением быть полностью освобождены от выплат. Такое решение позволило бы расширить их финансовые возможности для выполнения требуемых строительно-монтажных, пуско-наладочных и проч. работ при сохранении безусловного экономического стимула к осуществлению наилучшей очистки сточных вод.
При подобном подходе для рассматриваемого примера (режим «В» и новые тарифные ставки) показатели оптимального режима будут следующими: В = 0 рубУсут., 3 = 163 171 рубУсут. (табл. 4. 8, графа 5). 139 Таким образом, по сравнению с действующей системой платежей значение показателя 3 для оптимального режима эксплуатации ГОСК снижается с о 177 674руб./сутдо 163 171 рубУсут. (табл. 4. 8., графы 4 и 5), на 14503 рубУсут. На рис. 4. 2. б в графическом виде представлены.математические зависимости показателей 3 и А0бщ от величины расхода воздуха в аэротенках (исходные данные приведены в приложении 3 режим «В», а,- = 1,1 кг/м ; Rt = 0,3). График {Qair - 3) построен по результатам расчета с использованием действующих тарифных ставок на выплаты (данные приведены в табл..4. 5. со ссылкой «б»), а график {Qair - 3) - при расчете выплат по формуле 4. 1, использовании величин тарифов, приведенных в графе 5 табл. 4. 8 и нулевом значении показателя В в оптимальном режиме управления. Оптимальному режиму управления ГОСК (Аобц = 0,75, Q r = 173000 м-/час) на графике (Qair - ЗУ соответствует минимум показателя 3, что не наблюдается на графике (Qair - 3). Заметим, что опасный для водоема режим «С» (приложения 3 и 5), который в условиях действующей системы тарифов сопровождается наименьшим расходом материальных средств, при.новом подходе становится экономически невыгодным и характеризуется следующими показателями: если вс = 117,705 руб./т;- eL = 29,127 рубУт; 6ША = 39800 рубУт; вщ = 9,7755 руб./т, то В = 177581 рубУсут. и 3 = 289948 рубУсут., а если вс = 25000 рубУт; eL= 23900 рубУт; ?ш4 = 39400 рубУт; «ло, = 9,7755 руб./т., то В - 527053 рубУсут. и 3 = 638906 рубУсут. (табл. 4. 8). Таким образом, предлагаемая методика расчета тарифных ставок позволяет и экономически стимулировать природоохранную деятельность, и снизить финансовые издержки эффективно функционирующих ГОСК. В тех случаях, когда оптимальный режим управления является одновременно и самым экономичным, результаты решения комплексной задачи оптимального управления ГОСК характеризуются положительным экономическим эффектом. Для сравнения возьмем уже рассмотренные оптимальный режим управления «А» и возможный в условиях эксплуатации режим «С». Экономический эффект от управления в оптимальном режиме «А» по сравнению с режимом управления «С» составляет 129878 руб./сут: 289948 - 160070 = 129878 (табл. 4. 8). Если сравнить также ранее рассмотренный оптимальный режим управления «В» и возможный в условиях эксплуатации режим «С», то экономический эффект от управления в оптимальном режиме «В» по сравнению с режимом управления «С» составляет 475735 руб./сут: 638906 - 163171 = 475735 (табл.4. 8). На каждом конкретном объекте величина экономического эффекта может быть меньше или больше, в зависимости от того, каков был режим управления до его оптимизации, какова производительность ГОСК, максимально возможная эффективность очистки стоков и т. Дл 4.8. Выводы
