Metoda wyboru Lokalnej Stacji Doczyszczania Wody. Maciej Malarski* ) Parametry doboru pompy cyrkulacyjnej. Podsumowanie i wnioski

Transkrypt

1 Parametry doboru pompy cyrkulacyjnej Wyznaczono parametry doboru pompy cyrkulacyjnej (tab. 7, rys. 4. Tabela 7 Parametry doboru pompy cyrkulacyjnej V pompa [m 3 /h] metoda A.1 H pompa [m] 0,40 1,55 metoda A.2 0,40 3,29 metoda B 0,92 3,52 V pompa wydajność pompy cyrkulacyjnej [m 3 /h], H pompa wysokość podnoszenia pompy cyrkulacyjnej [m]. Rys. 4. Parametry doboru pompy cyrkulacyjnej Podsumowanie i wnioski W artykule poddano analizie porównawczej metody projektowania instalacji cyrkulacyjnych ciepłej wody użytkowej. Zaprojektowano instalację rozprowadzającą c.w.u. oraz przewody powrotne dla przykładowego wielorodzinnego budynku, posługując się różnymi metodami. We wszystkich przypadkach otrzymano podobne średnice przewodów cyrkulacyjnych. Największe strumienie wody cyrkulacyjnej uzyskano w oparciu o metodę B (uproszczoną. Spowodowane jest to zbyt dużymi zalecanymi wartościami krotności wymian wody cyrkulacyjnej w układzie. Rzeczywiste wartości wydają się być znacznie niższe, mieszcząc się w dolnych zalecanych granicach, czyli na poziomie 5 6 w/h. W metodach A.1 oraz B, w których strumień wody cyrkulacyjnej pionu jest proporcjonalny do sumy wypływów normatywnych c.w.u. z punktów czerpalnych tego pionu, uzyskuje się zróżnicowane temperatury w najwyższych punktach pionów. Im pion położony jest bliżej wymiennika tym temperatura jest wyższa. Najniższa temperatura wody występuje w pionie najdalszym. Jeśli nie zostanie prawidłowo przeprowadzone wyrównanie ciśnień we wszystkich obiegach, spowoduje to rozregulowanie układu. Skutkuje to zmianą przepływów wody cyrkulacyjnej przez poszczególne piony i innym od obliczeniowego rozkładem temperatur w pionach. Natomiast w metodzie A2, w której strumienie wody cyrkulacyjnej przepływające przez piony uzależnione są od strat ciepła w tych pionach oraz pozostałych przewodach instalacji, natężenie przepływu jest tym większe im pion jest dalej położony od wymiennika oraz im większe są w nim straty ciepła. Na wielkość strat ciepła w pionie mają wpływ średnice przewodów, a więc i liczba podłączonych do niego punktów czerpalnych. W warunkach obliczeniowych otrzymuje się jednakowe temperatury w najwyższych punktach pionów. W praktyce, przy zmieniających się przepływach, uzyskuje się to dzięki termostatycznym zaworom cyrkulacyjnym. Zawory pozwalają również na przeprowadzenie termicznej dezynfekcji instalacji c.w.u. w sposób bezpieczny i skuteczny. Z punktu widzenia komfortu użytkownika instalacji najlepszą okazuje się metoda A.2. Jednak stosowane pod pionami termostatyczne zawory cyrkulacyjne przy większych strumieniach przepływów, znacznie zwiększają spadki ciśnienia w obiegach. Przekłada się to na większe wymagane wysokości podnoszenia pompy cyrkulacyjnej. Przy rozległych instalacjach cyrkulacyjnych strumień wody przepływającej przez ostatni pion jest znaczny. Aby temu zapobiec należy zwiększyć izolację termiczną przewodów rozdzielczych c.w.u. w piwnicy oraz pionów, położonych dalej od wymiennika. Metoda wyboru Lokalnej Stacji Doczyszczania Wody Maciej Malarski W większości nowo budowanych budynkach użytkowania zbiorowego o wysokim standardzie, instalowane są Lokalne Stacje Doczyszczania Wody. Ich zadaniem jest poprawianie parametrów jakości wody wykorzystywanej dla celów bytowo-sanitarnych i/lub celów technicznych w budynkach. Woda na cele bytowo-sanitarne powinna spełniać wymagania zawarte w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia [9]. Dostarczana do Dr inż. Maciej Malarski Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, maciej_malarski@sggw.pl budynków woda wodociągowa może charakteryzować się podwyższonymi wartościami niektórych wskaźników wody (w skrajnych przypadkach wartości poszczególnych wskaźników mogą przekraczać wartości dopuszczalne. Dlatego dla celów bytowo-sanitarnych redukcja niepożądanych wskaźników jakości wody dotyczy głównie produktów korozji sieci wodociągowej, związków wypłukiwanych ze ścianek przewodów, wtórnych zanieczyszczeń mikrobiologicznych, a także nadmiernej dla konsumenta zawartości związków żelaza (ich wartość często zwiększa się w wyniku kontaminacji wody [7] oraz nadmiernej ilości związków chloru. Woda na cele techniczne w budynkach użytkowania zbiorowego powinna charakteryzować się przede wszystkim znacznie mniejszą GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA grudzień

2 twardością niż woda na cele bytowo-sanitarne, mniejszą skłonnością do wytrącania kamienia kotłowego, a także w wielu przypadkach mniejszym zagrożeniem występowania bakterii (w tym bakterii Legionella. W tym celu woda wodociągowa w LSDW, oprócz usunięcia z niej produktów kontaminacji wody, powinna być poddana dodatkowo procesom prowadzącym do: usunięcia nadmiernych ilości związków chloru, redukcji związków wpływających na twardość wody, redukcji związków sprzyjających namnażaniu się bakterii. Należy zaznaczyć, że w budynkach o wyższym standardzie, decydent może życzyć sobie wody o lepszych właściwościach fizykochemicznych i biologicznych. Stosowane w LSDW procesy takie jak: filtracja, sorpcja, wymiana jonowa, odwrócona osmoza, utlenianie, wzbogacanie wody, dezynfekcja, występują w różnych konfiguracjach tworząc różne układy technologiczne, wykorzystywane przy doczyszczaniu wody. Złożoność instalacji wymusza określone wymagania co do sposobu jej realizacji. Właściwie zaprojektowany układ technologiczny powinien uwzględniać zarówno planowane parametry wody uzdatnionej jak i aspekt ekonomiczny nakładów finansowych. Dlatego planowanie przedsięwzięcia powinno być poprzedzone analizą przyjętej technologii doczyszczania oraz użycia środków techniczno-materiałowych, niezbędnych do ich realizacji. Możliwe kombinacje procesów technologicznych tworzą zbiór alternatywnych technologii LSDW. Celem jest więc wyznaczenie technologii najlepszej z punktu widzenia przyjętych kryteriów, tzn. technologii optymalnej. Można tu wykorzystać jedną z metod optymalizacji wielokryterialnej, tzw. metodę funkcji dystansowej. Proponowana metoda wyboru technologii LSDW oparta jest na modelu matematycznym [1,2], odwzorowującym przedsięwzięcie technologiczne w postaci grafu, którego łuki odpowiadają elementarnym operacjom procesu, zaś wierzchołki reprezentują rozpoczęcie lub zakończenie realizacji operacji odwzorowanych odpowiednimi łukami. Na podstawie przeprowadzonych badań ankietowych przyjęto założenie, że operacje technologiczne są częściowo uporządkowane. Oznacza to, że kolejność realizacji niektórych operacji jest ściśle określona, natomiast inne operacje mogą być realizowane względem siebie w dowolnej kolejności (możliwe są różne schematy układów technologicznych w LSDW. Dlatego przyjmuje się, że dla danego przedsięwzięcia można wygenerować określony zbiór grafów (grafów technologicznych LSDW, różniących się między sobą zbiorem operacji i kolejnością ich realizacji. Na rys. 1 Uzdatnianie wody odbywa się przy pewnych założonych celach technologicznych (wskaźniki jakości wody uzdatnionej [2,5]. Do określenia stopnia uzyskania założonych wartości wskaźników jawoda wodociągowa usuwanie Fe, Mn + usuwanie chloru zw. org. zmn. twardości kondycjonowanie red. zw. org. cele techniczne filtracja wstępna red. Fe red. chloru zw. org. zmn. twardości cele bytowo - sanitarne Rys. 1. Graf ogólny schematu możliwych rozwiązań układu technologicznego LSDW dezynfekcja zaprezentowano graf ogólnego schematu możliwych rozwiązań układów technologicznych doczyszczania wody w LSDW dla budynków użytkowania zbiorowego. Na zbiorze łuków każdego grafu technologicznego określony jest zbiór funkcji, będących charakterystykami technologii. Mogą to być przykładowo ponoszone koszty, uzyskane parametry wody lub inne parametry określone przez odbiorcę wody. Z formalnego punktu widzenia [3], graf realizacji przedsięwzięcia jest siecią skierowaną. Charakterystyki przedsięwzięcia wynikają bezpośrednio z odpowiedniego doboru operacji do realizacji LSDW. Operacje każdego alternatywnego grafu technologicznego mogą być realizowane różnymi środkami techniczno-materiałowymi (różnymi ich zestawami. Zatem rozwiązanie zadania optymalizacyjnego polega na wyborze zestawu operacji, a dla każdej z nich takiego zestawu środków techniczno-materiałowych, dla którego poszczególne charakterystyki procesu osiągają wartości najlepsze. Przedstawiona w artykule metoda proponuje podejście oparte na przydziale środków procesu technologicznego LSDW uwzględniające dwa kryteria oceny procesu: kryterium bytowo-sanitarne rozumiane jako koszt uzyskania wody o właściwościach odpowiednich dla celów bytowo-sanitarnych, kryterium techniczne rozumiane jako koszt uzyskania wody o właściwościach odpowiednich dla celów technicznych. Oba przedstawione kryteria są częściowo zbieżne. Przykładowo proces filtracji wstępnej wody dla celów bytowo-sanitranych, wykorzystywany jest również dla celów technicznych. Natomiast demineralizacja wody metodą odwróconej osmozy wykorzystywana jest tylko dla celów technicznych w budynkach użytkowania zbiorowego. Zbiór jednostkowych operacji technologicznych (szereg elementarnych procesów technologicznych można przedstawić w postaci grafu skierowanego G = (X, M, T G = (X, M, T trójka uporządkowana, graf odwzorowujący operacje procesu technologicznego LSDW powiązane relacją poprzedzania, X = {x(i: i I = {1,... i,..., I}} zbiór wierzchołków grafu G; każdy wierzchołek grafu ilustruje fakt rozpoczęcia lub zakończenia realizacji operacji jednostkowej, M = {m(k: k K = {1,... k,..., K}} zbiór łuków grafu G; ilustruje operację jednostkową, T zadane odwzorowanie przeprowadzające iloczyn kartezjański X M X na zbiór {0,1} T: X M X {0,1} Z faktu, że zbiór operacji jednostkowych LSDW jest częściowo uporządkowany wynika możliwość konstruowania różnych grafów realizacji systemu doczyszczania wody. A więc istnieje zbiór G, którego elementami są alternatywne grafy realizacji technologii doczyszczania wody. G = {G(l: G(l = (X(l, M(l, T, l = 1,..., L} Odwzorowanie osiągania parametrów docelowych wody doczyszczonej w LSDW 474 GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA grudzień 2011

3 kości wody należy wprowadzić odwzorowanie cel, przeprowadzające iloczyn kartezjański zbiorów U i D w zbiór {0,1} cel: U D {0,1} D(k = {d(k, zs, pw: d(k, zs, pw > 0, pw PW, zs ZS(k} zbiór wartości zakresu poprawy pw-tego wskaźnika jakości wody bytowo-sanitarno-technicznego w przypadku realizacji k-tej operacji z zastosowaniem zs-tego zestawu środków materiałowych, U(l,h = u(l, 1, zs, h: zs WR(1,..., u(l, k, zs, h: zs WR(k,..., u(l, K, zs, h: zs WR(K elementy wektora U(l, h, u(l, k, zs, h: zs WR(k mają interpretację zs-tego zestawu środków materiałowych stosowanego do realizacji k-tej operacji jednostkowej opisanej l-tym grafem (h H(l, H(l jest zbiorem numerów zestawów środków technicznych stosowanych do realizacji LSDW zilustrowanego l-tym grafem, H(l = {1,..., h,..., H(l}, H(l jest liczbą różnych zestawów środków technicznych możliwych do realizacji operacji elementarnych LSDW. Wielkość cel (u(l, k, zs, h, d(k, zs, pw = 1 należy interpretować jako spełnienie przez bytowo-sanitarno-techniczne wskaźniki jakości wody o numerze pw założonych wartości jakości podczas realizacji operacji o numerze k zestawem środków technicznych o numerze zs. Oczywiście cel (u(l, k, zs, h, d(k, zs, pw = 0 oznacza sytuację nie spełnienia założonych wartości. Model realizacji LSDW Gdy określony jest zestaw środków technicznych [1,4] i wartości poprawy bytowo-sanitarno-technicznego wskaźnika jakości wody o numerze pw, można przyjąć, że znany jest sposób realizacji k-tej operacji w l-tym alternatywnym grafie technologicznym doczyszczania wody. Technologię realizacji k-tej operacji (sposób jej realizacji możemy oznaczać jako parę wielkości (u(l, k, zs, h, d(k, zs, pw. A więc, technologia realizacji LSDW (technologia doczyszczania wody TDW to: TDW (l, h = (U(l, h, D(k dla k h Ograniczenia modelu LSDW Podstawowym ograniczeniem modelu LSDW jest osiągnięcie zakładanych wartości wskaźników jakości wody uzdatnionej o numerach pw PW. W tym celu należy wprowadzić odwzorowanie e, przeprowadzające iloczyn kartezjański zbiorów D 0, D ~, D, przeprowadzając go w zbiór {0,1} e: D 0 D ~ D {0,1} D ~ (pw = {d ~ (pw: pw PW} zbiór wartości wskaźników jakości wody o numerach pw uzdatnionej w LSDW spełniającej wymagania decydenta, D 0 (pw = {d 0 (pw: pw PW} zbiór oczekiwanych wartości wskaźników jakości wody o numerach pw pobranej z sieci wodociągowej. Jeżeli odwzorowanie e(d(k, zs, pw, d 0 (pw, d ~ (pw = 1, to k-ta jednostkowa operacja wykorzystująca zestaw środków materiałowych o numerze zs zadowalająco spełnia wymagania decydenta d ~ (pw przy założonych wartościach początkowych wskaźników jakości wody wodociągowej nie lepszych niż d 0 (pw. W przeciwnym przypadku e(d(k, zs, pw, d 0 (pw, d ~ (pw = 0 zs-ty zestaw środków materiałowych nie doczyszcza zadowalająco wody dla wskaźnika jakości wody o numerze pw. Takie odwzorowanie e(d(k, zs, pw, d 0 (pw, d ~ (pw można zdefiniować jako 1 gdy 0 ( ( % e( d ( k,zs, pw, d ( pw, d% d pw d k,zs, pw d ( pw 0 ( pw = 0 gdy ( ( d0 pw d k,zs, pw > d% ( pw Oczywiście woda doczyszczona spełni zbiór wymagań decydenta PW gdy e d ( k,zs, pw, d ( pw, d % ( pw = pw PW Zadanie optymalizacyjne wyznaczania systemu LSDW Postać analityczna przykładowej funkcji kryterium rozumianej jako koszt całkowity doczyszczania wody w LSDW (w 1 roku eksploatacji stacji, wynika z kosztów instalacji środków technicznych (wykorzystywane urządzenia, np. filtr jonowymienny oraz zużycia zasobów materialnych (wykorzystywane materiały eksploatacyjne, np. sól do regeneracji filtrów jonowymiennych. A więc koszt całkowity doczyszczania wody to suma kosztów instalacji operacji wchodzących w skład LSDW z uwzględnieniem okresu amortyzacji urządzeń powiększony o koszty materiałów niezbędnych do realizacji operacji K c ~ (l, h, U(l, h = ck(l, h, k, u (l, k, zs, h + cm(l, h, k, u (l, k, zs, h k = 1 ( 0 1 K k = 1 ck (l, h, k R + ma interpretację kosztu inwestycji k-tej operacji jednostkowej według h-tego wariantu realizacji LSDW odwzorowanego l-tym grafem technologicznym, cm (l, h, k R + ma interpretację kosztów materiałowych związanych z realizacją k-tej operacji jednostkowej według h-tego wariantu realizacji LSDW odwzorowanego l-tym grafem technologicznym. Jednokryterialne zadanie wyboru systemu LSDW będzie miało wtedy zapis formalny: ( = { % bs ( U ( } + {% tech ( U ( } h H ( f h H ( f fc l,h min c l,h, l,h min c l,h, l,h c ~ bs koszt całkowity doczyszczania wody w LSDW dla celów bytowo-sanitarnych, c ~ tech koszt całkowity doczyszczania wody w LSDW dla celów technicznych, przy odpowiednich równaniach ograniczających opisanych wcześniej. Oznacza on, że ze zbioru alternatywnych grafów realizacji doczyszczania wody należy wyznaczyć graf technologiczny LSDW G(l, który będzie w najlepszym stopniu spełniał kryterium kosztu całkowitego doczyszczania wody dla celów bytowo-sanitarnych bs i dla celów technicznych technicznych. Zadania wielokryterialne, jakim zazwyczaj jest wybór systemu LSDW, stanowią grupę zadań optymalizacyjnych, w których jako funkcję celu przyjmuje się funkcję wektorową. W zależności od sytuacji, w jakiej może znajdować się decydent można formułować zadania uwzględniające dwa, trzy lub więcej różnych celów. Zapis formalny zadania optymalizacyjnego wyboru LSDW dla dwóch kryteriów (kosztów całkowitych uzdatniania wody na cele bytowo-sanitane fc bs (l, h = c ~ (l, h, U(l, h, kosztów całkowitych uzdatniania wody na cele techniczne fc tech (l, h = c ~ (l, h, U(l, h jest następujący: FC(l, h = fc bs (l, h, fc tech (l, h Natomiast rozwiniętą postać wektorowej funkcji celu zadania wyboru optymalnego systemu LSDW należy definiować następująco. GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA grudzień

4 Ze zbioru alternatywnych grafów technologicznych wyznaczyć graf systemu LSDW G(l, dla którego optymalna technologia U(l, h będzie w najlepszym stopniu spełniała kryterium kosztów całkowitych obu instalacji: Ocena technologii systemu LSDW z wykorzystaniem metody funkcji dystansowej W proponowanej metodzie funkcji dystansowej oceny systemu LSDW za optymalne przyjmuje się rozwiązanie, którego obraz w przestrzeni kryterialnej leży najbliżej pewnego ustalonego punktu odniesienia. Może nim być punkt idealny (utopijny (0,0 np. woda czysta chemicznie, osiągający wartości optymalne dla wszystkich przyjętych kryteriów fc 1 (l,..., fc j (l,..., fc J (l Dla J = 2 (2 kryteria oceny uzdatniania wody optymalna funkcja przyjmuje postać FC (l = fc bs (l, fc tech (l bs ( ( l { bs ( } fc l = min fc l,h tech FC ( l,h = min min fc bs ( l,h, fc tech ( l,h l L{ h H ( l } ( ( l { tech ( } fc l = min fc l,h,. W celu wyznaczenia punktu odniesienia dla każdego l-tego grafu technologicznego należy rozwiązać kolejno wszystkie jednokryterialne zadania optymalizacyjne. Miarą oceny (l, h-tego systemu jest funkcja dystansowa dys(fc (l, h, odpowiadająca odległości obrazu w przestrzeni kryterialnej od punktu odniesienia FC (l. fc l = max fc l,h, j ( ( f ( ( j ( j j j ( f ( ( fc l = fc l = min fc l,h, ( j ( ( ( J fc j l fc l,h dys ( FC ( l,h = α ( j j = 1 fc j l ( fc j l α(j ważność poszczególnych kryteriów (w przykładzie preferencje decydenta odnośnie celów doczyszczania wody. Wynika z niej, że wartość każdego j-tego składnika sumy musi zawierać się w przedziale 0,1, przy czym, im wartość ta jest mniejsza, tym mniejsza jest odległość (w j-tym kierunku danego (l, h-tego rozwiązania od punktu odniesienia. Poszukiwanym rozwiązaniem optymalnym jest system doczyszczania wody dla którego wartość funkcji dystansowej osiąga minimum min dys FC ( l,h. h H ( l ( Implementacja metody wyznaczania optymalnego systemu LSDW W tej części artykułu zostanie przedstawiony przykład poszukiwania rozwiązania optymalnego dla systemu LSDW. Metoda wyboru wynika wprost z interpretacji zadania zobrazowanego na rys. 2. Polega ona na dostosowaniu wartości wskaźników jakości wody wodociągowej (pkt W1 rys. 2 do wartości wskaźników znajdujących się w obszarze rozwiązań dopuszczalnych RD przy jednocześnie najmniejszym koszcie doczyszczania (pkt graniczny W2 rys. 2. Do obliczeń wykorzystano koszt LSDW dla celów bytowo-sanitarnych (wynikający z różnicy wartości wskaźników jakości wody wodociągowej b s W i wody doczyszczonej dla celów bytowo-sanitarnych b s N oraz koszt LSDW dla celów technicznych (wynikający z różnicy wartości wskaźników jakości wody wodociągowej tech W i wody doczyszczonej dla celów technicznych tech N. cele techniczne wody woda wodociągowa tech W W1 koszt LSDW dla celów technicznych koszt LSDW dwufunkcyjnej (suma losowe wskaźniki jakości wody (najgorsze tech N rozwiązanie dopuszczalne RD W2 woda doczyszczona koszt LSDW dla celów bytowo-sanitarnych b-s N b-s W cele bytowo-sanitarne wody LEGENDA: tech N wartości wskaźników jakości wody doczyszczonej do poziomu zadowalającego dla celów technicznych b-s N wartości wskaźników jakości wody doczyszczonej do poziomu zadowalającego dla celów bytowo-sanitarnych tech W wartości wskaźników jakości wody wodociągowej b-s W wartości wskaźników jakości wody wodociągowej Rys. 2. Poglądowy schemat zadania określania warunków oceny LSDW dla dwóch kryteriów: celów technicznych, celów bytowo-sanitarnych 476 GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA grudzień 2011

5 Z przeprowadzonych badań ankietowych wynika, że rzeczywisty wymiar problemu optymalnego wyboru realizacji systemu LSDW, sprowadza się do pełnego przeglądu skończonej (niewielkiej liczby możliwych konfiguracji systemu. Dlatego metodę sprawdzono dla trzynastu realnie pracujących w Warszawie systemów LSDW. Ich uproszczone schematy układów technologicznych wraz z ilością poszczególnych urządzeń przedstawiono w tab. 1. Tabela 1 Przykłady możliwych układów technologicznych doczyszczania wody w budynkach użytkowania zbiorowego wraz z ilością poszczególnych urządzeń Lp. Typ bud. Zastosowane procesy doczyszczania wody (ilość poszczególnych urządzeń 1 Hotelowy A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 2 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 2 szt. 3 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. (układ B, (układ C B 4 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. 5 Dozowanie NaOCl (dozownik 1 szt. (cel. a, (cel. b C 4 Dezynfekcja UV (lampa UV 1 szt. (cel. a, (układ D D 5 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. (cel. a 2 Hotelowo A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 1 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 1 szt. (cel. a, (cel. b, (układ B Biurowy B 3 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. (cel. a 3 Hotelowy A 1 Utlenianie (dozownik NaOCl 1 szt. 2 Filtracja wstępna (filtr wstępny 3 szt. (cel. b, (układ B B 3 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 2 szt. 4 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 2 szt. (układ C, (układ D C 5 Mieszanie (armatura mieszająca 1 szt. (cel. a D 5 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. 6 Filtracja ochronna (filtr ochronny 3 szt. 7 Odwrócona osmoza (urządzenie membranowe 1 szt. 8 Dezynfekcja UV (lampa UV 1 szt (cel. a 4 A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 2 szt. 2 Utlenianie (dozownik O 3 1 szt. 3 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 2 szt. 4 Utlenianie (dozownik O Hotelowo 3 1 szt. 5 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. (układ B, (układ C B 6 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 3 szt. (cel. a, (układ C, (układ D, Biurowy C 6 Mieszalniki (armatura mieszająca 1 szt. (cel. b D 7 Odwrócona osmoza (urządzenie membranowe 1 szt. (cel. a 5 Biurowy 6 Biurowy A 1 Utlenianie (dozownik NaOCl 1 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 1 szt. (układ B, (układ D B 3 Filtracja ochronna (filtr ochronny 1 szt. 4 Dechloracja (dozownik Na 2 SO 4 1 szt. 5 Odwrócona osmoza (urządzenie membranowe 1 szt. (cel. a, (układ C C 6 Wzbogacanie (kolumna filtracyjna 1 szt. 7 Mieszanie (armatura mieszająca 1 szt. (cel. b D 3 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. 7 Mieszanie (armatura mieszająca 1 szt. (cel. b A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 1 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 2 szt. 3 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 2 szt. 4 Filtracja ochronna (filtr ochronny 1 szt. 5 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. 6 Dezynfekcja UV (lampa UV 1 szt. (cel. a, (cel. b 7 Hotelowy 8 Hotelowy A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 1 szt. 2 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 4 szt. 3 Filtracja ochronna (filtr ochronny 1 szt. 4 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. 5 Korekta ph (dozownik NaOH 1 szt. 6 Dezynfekcja (dozownik NaOCl 1 szt. (cel. a, (cel. b A 1 Utlenianie (dozownik NaOCl 1 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 1 szt. 3 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. (cel. a, (cel. b, (układ B B 4 Filtracja ochronna (filtr ochronny 1 szt. 5 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. (cel. a 9 Biurowy A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 1 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 3 szt. 3 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 4 szt. 4 Filtracja mechaniczna (filtr ochronny 1 szt. 5 Dezynfekcja UV (lampa UV 2 szt. (cel. b, (układ B B 6 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. 7 Dozowanie inhibitorów (dozownik 1 szt. (cel. a 10 Hotelowo A 1 Odwrócona osmoza (urządzenie membranowe 1 szt. (cel. a B 2 Koagulacja objętościowa (dozownik Al Biurowy 2 (SO szt. 3 Filtracja (filtr piaskowy 1 szt. 4 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. 5 Dezynfekcja (dozownik NaOCl 2 szt. (cel. a, (cel. b 11 Hotelowy 12 Hotelowy A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 1 szt. 2 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 2 szt 3 Dezynfekcja UV (lampa UV 1 szt. (cel. a, (cel. b, (układ B B 4 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. (cel. a A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny piaskowy 2 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 2 szt. 3 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 3 szt. (układ B, (układ C B 4 Mieszanie (armatura mieszająca 1 szt. (cel. a, (cel. b C 4 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 1 szt. 5 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. 6 Odwrócona osmoza (urządzenie membranowe 1 szt. (cel. a 13 Biurowy A 1 Filtracja wstępna (filtr wstępny 2 szt. 2 Odżelazienie/Odmanganianie (filtr mechaniczny 1 szt. 3 Sorpcja na węglu aktywnym (filtr sorpcyjny 1 szt. (cel. b, (układ B B 4 Zmiękczanie (filtr jonowymienny 5 szt. (cel. a cel a woda na cele techniczne cel b woda na cele bytowo-sanitarne GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA grudzień

6 Tabela 2 Warianty LSDW dla celów bytowo-sanitarnych i technicznych z oceną poszczególnych technologii z wykorzystaniem metody funkcji dystansowej (preferencje decydenta dla wody na cele bytowo-sanitarne i techniczne na poziomie (0,5, 0,5 Układ (wariant Nakłady inwestycyjne K IN [zl] Koszt eksploatacji K E [zl/a] Roczny koszt całkowity LSDW K C [zl/a] Jednostkowy roczny koszt doczyszczania wody k R [zl/m 3 /a] ,79 0,49 0,36 0,71 0,97 0,89 0,72 0,36 0,68 0,42 0,35 0,59 0,53 Obliczenia przeprowadzono przy założeniu zapotrzebowania na wodę w ilości 10 m 3 /h [7]. Zapotrzebowanie na wodę dla celów technicznych oszacowano jako 25% całkowitego zapotrzebowania na wodę oraz dla celów bytowo-sanitarnych jako 75% całkowitego zapotrzebowania na wodę [6,7]. Analizowane układy technologiczne dostosowano do założonego zapotrzebowania na wodę zależącego od celu wykorzystania wody, zwiększając lub zmniejszając poszczególne urządzenia, zachowując ten sam rodzaj wypełnienia filtru i sposób jego pracy. Cele wykorzystania wody w zmodyfikowanych układach LSDW określono w zależności od preferencji decydenta. Następnie określono orientacyjne nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacji dobranych urządzeń. Wyniki przeprowadzonej implementacji metody wyznaczania optymalnego z rozpatrywanych wariantów systemu LSDW przedstawiono w tab. 2. Przedstawia ona ocenę wariantów doczyszczania wody dla celów bytowo-sanitarnych i technicznych z wykorzystaniem metody funkcji dystansowej (preferencje decydenta dla wody na cele bytowo-sanitarnej i technicznej (0,5, 0,5. W celu przeprowadzenia obliczeń prowadzących do oceny poszczególnych technologii LSDW określono: Orientacyjne nakłady inwestycyjne poszczególnych wariantów doczyszczania wody jako suma kosztów poniesionych na zakup i instalację urządzeń wykorzystywanych w analizowanym LSDW. Orientacyjne koszty eksploatacji poszczególnych wariantów LSDW jako suma rocznych kosztów poniesionych: na energię w trakcie pracy poszczególnych urządzeń, na energię i środki regenerujące lub płuczące dla regeneracji lub płukania urządzeń (w zależności od rodzaju urządzenia, oraz na wymianę elementu filtracyjnego urządzenia. Na tej podstawie określono roczny koszt całkowity oraz jednostkowy roczny koszt doczyszczania wody [8] dla poszczególnych wariantów LSDW. Następnie wykonano ocenę technologii z wykorzystaniem funkcji dystansowej, określając LSDW, dla którego jednostkowy roczny koszt doczyszczania wody jest najmniejszy. Analiza taka wymaga doprowadzenia wielkości nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacji poszczególnych wariantów LSDW do jednakowego poziomu wartości. Wyniki obliczeń wyboru najlepszego rozwiązania z rozpatrywanych wariantów technologii LSDW z oceną wykorzystującą metodę funkcji dystansowej dla preferencji decydenta dla wody na cele bytowo-sanitarne i techniczne określone na poziomie (0,5, 0,5 przedstawiono w tab. 2. Na jej podstawie można powiedzieć, że najkorzystniejszy spośród prezentowanych LSDW doczyszczających wodę dla celów bytowo-sanitarnych i technicznych, jest układ 11. Koszt produkcji wody doczyszczonej odniesiony do jednego roku użytkowania LSDW jest w tym układzie najniższy. Najmniej korzystnym układem LSDW ze względu na przyjęte kryteria jest układ 5, charakteryzujący się około czterokrotnie wyższymi nakładami inwestycyjnymi i trzykrotnie wyższymi kosztami eksploatacji niż układ 11. System LSDW zaprezentowany w wariancie 11 doczyszcza wodę wodociągową w wystarczającym zakresie dla wody bytowo-sanitarnej i technicznej (wartości wskaźników jakości wody doczyszczanej należą do zbioru rozwiązań dopuszczalnych RD zadania optymalizacyjnego przy jednocześnie najmniejszym koszcie całkowitym stacji. Najniższymi nakładami inwestycyjnymi z analizowanych systemów LSDW charakteryzuje się układ 2. Jednak, mimo prostszej budowy (3 urządzenia w wariancie 2 przy 5 urządzeniach w wariancie 11 koszty eksploatacyjne są o około 50% wyższe. Układ 8 cechuje się równie prostą budową co układ 11 (5 urządzeń. W tym przypadku koszty eksploatacyjne są najniższe (o około 7% względem układu 11. Natomiast nakłady inwestycyjne są wyższe o około 48%. Ostatecznie układ ten jest trzeci pod względem rocznego kosztu całkowitego. Określony na podstawie przeprowadzonych obliczeń o charakterze techniczno-ekonomicznym wariant optymalnego układu technologicznego systemu LSDW z rozpatrywanych wariantów zobrazowano na rys. 3. Przedstawiony schemat technologiczny jest rozwiązaniem najkorzystniejszym dla decydenta ze względu na przyjęte kryteria (koszt produkcji wody odniesiony do jednego roku użytkowania LSDW przy założeniu doczyszczenia wody do poziomu określonego przez decydenta. Prezentuje on układ najkorzystniejszej technologii doczyszczania wody łącznie dla celów bytowo-sanitarnych i technicznych przy produkcji wody Q = 10 m 3 /h. Preferowany układ LSDW powinien zawierać: filtr wstępny, dwa równolegle pracujące filtry sorpcyjne, urządzenie do dezynfekcji wody promieniami UV oraz filtr zmiękczający jonowymienny dwukolumnowy. Realizacja tego układu wymaga poniesienia nakładów inwestycyjnych na poziomie zł. Roczne koszty eksploatacji nie powinny przekroczyć zł/a. Wnioski Przedstawiony schemat (rys. 2 można uznać za schemat najkorzystniejszy ze zbioru analizowanych rozwiązań przy uwzględnieniu podstawowych kryteriów decydenta, oraz poziomu jego preferencji doczyszczania wody na cele bytowo-sanitarne i cele techniczne. Zaproponowane zadanie optymalizacyjne wyboru LSDW powinno składać się z etapów: 1. wyznaczenia możliwych grafów technologicznych LSDW dla ustalonych preferencji decydenta co do jakości wody (na podsta- 478 GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA grudzień 2011

7 Zaopatrzenie w wodę Q = 10 m 3 /h Rodzaj i przeznaczenie urządzenia Parametry pracy przykładowego urządzenia filtr wstępny (INFINITY A 2 Filtr mechaniczny z automatycznym płukaniem przeciwprądowym. Zabezpiecza przed ewentualnym przedostawaniem się z zewnętrznej sieci wodociągowej zawiesin i osadów mechanicznych mogących powodować awarie urządzeń sanitarnych i urządzeń AGD. Zatrzymuje zanieczyszczenia takie jak piasek, muły, rdzę. Zmniejsza zawartość żelaza mogącego powodować awarie lub nieprawidłowe funkcjonowanie urządzeń sanitarnych, a także zmniejsza możliwość występowania rdzawego osadu na urządzeniach sanitarnych i AGD. wydajność przy Δp = 0,2 bar 11 m 3 /h, skuteczność filtracji 90 μm, praca w cyklu automatycznym z płukaniem przeciwprądowym, średnica przyłącza 2, przybliżone wymiary: wysokość 550 mm, długość montażowa 240 mm filtr sorpcyjny (AKF 25/13 filtr sorpcyjny (AKF 25/13 Filtracja na złożu w filtrze kolumnowym. Usuwa nadmiarowe ilości chloru i jego związków, mogące powodować specyficzny, nieprzyjemny zapach i smak wody. Usuwa również zanieczyszczenia organiczne zawarte w wodzie (zanieczyszczenia bakteriologiczne. Usuwa żółte zabarwienie wody pochodzące od rozpuszczonych związków organicznych. Nie zabezpiecza przed wtórnym zanieczyszczeniem mikrobiologicznym wody. wydajność przy prędkości filtracji 15 m/h 6,7 m 3 /h, przepływ przy płukaniu 11,4 m 3 /h, praca w cyklu automatycznym czasowym, płukanie przeciwprądowe, średnica przyłącza 2, przybliżone wymiary: 2200 x 770 dezynfekcja UV (BEWADES UV 40 Dezynfekcja wody promieniami UV. Pozwala uniknąć wprowadzania do wody środków chemicznych dezynfekujących wodę. Nie zmienia składu fizykochemicznego wody. Usuwa zanieczyszczenia mikrobiologiczne z wody. maksymalny przepływ 13,2 m 3 /h, ilość promienników 1 x 130 W, moc przyłącza elektrycznego 190 W, średnica przyłącza DN 50 solanka filtr jonowymiemnny dwukolumnowy (EUROSOFT E91 DWZ 80 Filtracja na złożu jonowymiennym w filtrze dwukolumnowym. Usuwa nadmiarowe ilości jonów powodujących twardość wody (głównie jony wapnia i magnezu będącą przyczyną powstawania kamienia kotłowego, przyczyniającego się do zmniejszenia wydajności urządzeń technicznych. wydajność przy zmiękczaniu do 0,1ºd 1,0 m 3 /h, przepływ przy płukaniu 1,0 m 3 /h, praca w cyklu automatycznym czasowym, regeneracja przeciwprądowa roztworem soli (NaCl, średnie zużycie soli na regenerację 4 kg, średnica przyłącza 1, przybliżone wymiary: 1305 x 440 x 1070 Cele techniczne: Q = 0,9 m 3 /h Cele techniczne: Q = 1,6 m 3 /h Cele techniczne: Q = 7,5 m 3 /h Rys. 3. Schemat optymalnej technologii doczyszczania wody dla celów bytowo-sanitarno-technicznych (preferencje decydenta dla wody dla celów bytowo-sanitarnych-technicznych (0,5, 0,5. Zapotrzebowanie na wodę dla celów bytowo-sanitanych i technicznych 10 m 3 /h wie możliwych do zastosowania w danym przypadku układów technologicznych LSDW, 2. wyznaczenia wartości funkcji kryterium dla zadanych preferencji decydenta dla wszystkich grafów technologicznych LSDW, 3. wyboru grafu G(l, spośród wszystkich alternatywnych grafów technologicznych, dla którego funkcje kryterium spełniają warunki optymalności (wybór optymalnego układu technologicznego LSDW. Zaprezentowana metoda optymalizacji wielokryterialnej bazująca na metodzie funkcji dystansowej może być wykorzystywana przy wyborze najkorzystniejszego rozwiązania LSDW. Może ona stanowić narzędzie wspomagające w realizacji przedsięwzięć inwestycyjnych, jakimi są instalacje LSDW, na etapie ich planowania. Zaprezentowana w artykule metoda funkcji dystansowej nie narzuca uszeregowania poszczególnych kryteriów analizy wyboru rozwiązania najlepszego wg ich wag. Jest metodą intuicyjnie najlepszą do wyboru optymalnego LSDW. Pozwala w prosty sposób określić najkorzystniejszy w danych warunkach wariant LSDW. A przedstawiona implementacja metody, uwzględniająca doczyszczanie wody do zadowalającego poziomu wartości wskaźników jakości, jest zgodna z zadaniem określania optymalnej LSDW. Piśmiennictwo [1] Ambroziak T.: Modelowanie procesów technologicznych w transporcie, OWPW, Prace Naukowe, Transport, z. 40, Warszawa [2] Biernacki J., Cyunel B.: Metody sieciowe w budownictwie, Wydawnictwo Arkady, Warszawa [3] Deo N.: Teoria grafów i jej zastosowania w technice i informatyce, PWN, Warszawa [4] Ignasiak E.: Optymalizacja projektów inwestycyjnych, PWE, Warszawa [5] Kasprzak T.: Systemy wspomagania decyzji wielokryterialnych, Wydawnictwa UW, Warszawa [6] Malarski M.: Doczyszczanie wody w budynkach użytkowania zbiorowego, Gaz, Woda i Technika Sanitarna nr 12/2010 str [7] Malarski M.: Wybór systemu Lokalnej Stacji Doczyszczania Wody dla potrzeb budynków użytkowania zbiorowego, Rozprawa Doktorska, Warszawa [8] Miłaszewski R.: Ekonomika ochrony wód powierzchniowych, Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko, Białystok [9] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 roku (Dz.U. nr 61, poz. 417 w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA grudzień