Chương 4 NHU CẦU DÙNG NƯỚC
4.3. NHU CẦU NƯỚC CHO CÔNG NGHIỆP
Tổng lượng nước cần thiết để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm thô, ví dụ như 1 tấn cà chua, 1 tấn bột giấy hoặc 1 tấn thép... được gọi là tổng lượng nước sử dụng (G). Nó bao gồm nước dùng cho mọi công việc của nhà máy như là lượng nước đun nóng, lượng nước chế biến, nước làm lạnh, và nước dùng làm sạch. Lượng nước này nhận được từ hai nguồn nước lấy vào (I) và nước tuần hoàn (R). Nước
lấy vào có thể là nước sạch, nước mặn, nước biển, nước xử lý hoặc nước lấy từ các nguồn của người
sử dụng khác.
Khái niệm nhu cầu nước được định nghĩa là tổng lượng nước cần thiết, có thể là lượng nước lấy vào hoặc tổng lượng nước sử dụng. Về mặt kinh tế, khái niệm này không hoàn toàn tương đương với khái niệm nhu cầu. Nhu cầu nước là tương đương với nhu cầu cho bất cứ đầu vào cho một quá trình sản xuất công nghiệp.
Như vậy lượng nước lấy vào (I) sẽ tương đương với khái niệm kinh tế nhu cầu dùng nước.
Sơ đồ sử dụng nước trong công nghiệp (hình 4.3) cho ta thấy một chu trình sử dụng nước trong một nhà máy.
Quá trình sản xuất R
I G D
WD WE
E CR
CP
CD
Hệ thống t−ới hoặc xử lý
chất thải
Hình 4.3: Sơ đồ sử dụng nước trong công nghiệp (Renzetti, 1992)
I - lượng nước lấy vào; R - lượng nước tuần hoàn; G - tổng lượng nước sử dụng cho toàn bộ nhà máy; C - lượng nước tiêu thụ; D - lượng nước thải ra từ quá trình sản xuất sản phẩm; E - lượng nước thải chảy ra sông.
Độ tuần hoàn = R/G 100%.
Nước tuần hoàn thường nhận được từ một hay nhiều vòng trong nhà máy.
Lượng nước tuần hoàn được đo tại điểm vào của quá trình sản xuất sản phẩm. Độ tuần hoàn của nước được định nghĩa là bằng tỉ số giữa lượng nước tuần hoàn và tổng lượng nước sử dụng. Tỉ số này có thể thay đổi từ 0 đến trên 90%.
4.3.2. Cách xác định nhu cầu nước trong công nghiệp
Xác định nhu cầu dùng nước trong công nghiệp có thể dựa vào phương pháp nghiên cứu điều tra khảo sát giá nước, lượng nước cần, và chi phí nước. Lượng nước sử dụng trong công nghiệp được mô hình hóa có 4 thành phần bao gồm lượng nước lấy vào, độ xử lý nước lấy vào, lượng nước tuần hoàn, việc xử lý chất thải và lượng chất thải ra ngoài (Renzetti, 1992). Mỗi một thành phần được coi là một số liệu đầu vào riêng và chúng được đưa vào trong một hệ phương trình có tương quan với nhau để xác định nhu cầu dùng nước.
Một vấn đề quan trọng khi xác định nhu cầu dùng nước là liên quan đến sự thay đổi giá nước. Hầu hết các nhà máy đều nghiên cứu đến giá nước lấy vào. Kết quả xác định giá nước lấy vào đã chỉ ra độ nhạy của giá nước, độ co dãn của giá nước từ –0,1534 (cho sản xuất nhựa và cao su) đến –0,5885 (cho sản xuất giấy) (Renzetti, 1992).
Có nhiều cách xác định nhu cầu dùng nước cho công nghiệp như mô hình kinh tế, mô hình ước lượng theo phương pháp kinh tế lượng, mô hình thống kê...
Sau đây sẽ trình bày cụ thể một số mô hình.
1. Mô hình kinh tế
Để xây dựng mô hình nhu cầu dùng nước, giả thiết rằng toàn bộ các thành phần sử dụng nước đều tính vào đầu vào như nước làm lạnh, nước sản xuất hơi nước có áp suất lớn, chuyển sản phẩm ở giai đoạn trung gian, sản phẩm trực tiếp (ví dụ như sản phẩm bia)... Cực tiểu các chi phí ta có :
n
1 2 n i i
X i 1
C (p , p ,..., p , Y) Min p X
= ∑= (4.37)
thỏa mãn điều kiện: f (X1, X2,..., Xn) ≥ Y Trong đó:
Xi và pi - lượng nước sử dụng và giá nước của thành phần thứ i;
Y - nhu cầu cấp nước;
f(.) - hàm sản xuất.
Bài toán sẽ được giải quyết bằng cách đi tìm hàm cầu Hick và hàm chi phí.
(Renzetti, 1992) 2. Mô hình kinh tế lượng
Hai giả thiết để xây dựng mô hình nhu cầu dùng nước theo phương pháp kinh tế lượng là các thành phần sử dụng nước được tách ra riêng rẽ và hàm chi phí nước:
Cw (pw,Y) = Cw(pin, ptrt, prcr, pdis,Y) (4.38) Ttrong đó:
pw - vectơ giá nước sử dụng, bao gồm:
(pin) giá đơn vị nước của thành phần lượng nước vào;
(ptrt) lượng nước xử lý;
(prcr) lượng nước tuần hoàn;
(pdis) lượng nước thải ra.
Dạng của mô hình có dạng hàm log tự nhiên được biểu diễn như sau:
w 0 4 i i 4 4 ij i j 4 i i
i 1 i 1 j 1 i 1
ln(C ) ln(p ) 1 ln(p ) ln(p ) ln(p ) ln(Y)
= 2 = = =
= α + ∑α + ∑ ∑α + ∑β +
2 iln(Y)
+ β + μ
(4.39) Trong đó i, j = In, Trt, Rcr, Dis
Các hệ số: ỏ0, ỏi, ỏij, và õi là các hệ số tương quan được xác định từ chuỗi số liệu thực tế đã thu thập, theo phương pháp Bình phương nhỏ nhất với xích Markov bậc 3.
Biến phụ thuộc được xác định là tổng chi phí của lượng nước lấy vào, lượng nước xử lý, lượng nước tuần hoàn và lượng nước thải ra (Renzetti, 1992).
3. Mô hình thống kê
Xác định nhu cầu dùng nước công nghiệp dựa vào phân tích số liệu thống kê chuỗi thời gian để mô hình hóa tương quan giữa cầu dùng nước và nhân tố như công nghệ sản xuất, sản phẩm hợp chất, chất lượng và giá của vật liệu thô, năng lượng, giá của nước lấy vào kể cả chất lượng, chi phí của nước lấy vào xử lý và tuần hoàn, công suất nhà máy, khí hậu...
Hàm nhu cầu nước có dạng như sau (Stone, 1984):
Qw = f(X1, X2,..., Xn) + U (4.40) Trong đó:
Qw - lượng nước cần;
f(.) - hàm của các biến giải thích Xi; U - hằng số lấy theo từng bài toán cụ thể.
Các biến giải thích bao gồm giá của các nhân tố đầu vào, loại công nghệ hoặc quá trình sản xuất, mức độ của đầu ra, giá nước. Trong đó các biến chất lượng được thể hiện là loại công nghệ, loại sản phẩm.
Dùng đường hồi quy và phương pháp bình phương nhỏ nhất phân tích bộ số liệu chuỗi thời gian được thống kê của một nhà máy, nhu cầu dùng nước công nghiệp của nhà máy đó đã được xác định (Stone, 1984).
4.3.3. Một số tiêu chuẩn dùng nước công nghiệp
Nhu cầu dùng nước cho công nghiệp tập trung được tính như sau:
Đối với các khu công nghiệp đã xây dựng tính theo giá trị sản phẩm (US$), hoặc khối lượng sản phẩm, cụ thể là với công nghiệp nặng 200 m3/1000 US$; công nghiệp nhẹ 400m3/1000 US$, và công nghiệp thực phẩm 1000 m3/1000 US$.
Đối với khu công nghiệp xây dựng dự kiến 50÷100m3/ha xây dựng.
Sau đây đưa ra ví dụ về nhu cầu dùng nước cho một số ngành công nghiệp để thấy rằng nhu cầu nước cho công nghiệp là rất lớn:
Bảng 4.6: Nhu cầu dùng nước của một số ngành công nghiệp
Ngành công nghiệp sản xuất Đơn vị sản
phẩm Lượng nước dùng trên đơn vị sản phẩm
Dầu mỏ tấn 10 m3
Cá hộp 1000 hộp 20 m3
Rau quả hộp 1000 hộp 40 m3
Công nghiệp giấy tấn 100 m3
Xi măng tấn 4,5 m3
Công nghiệp sản xuất tấn 20 m3
Thép tấn 1020 m3
Sợi nhân tạo tấn 4200 m3
Len nhân tạo tấn 115 m3
Nhôm tấn 85 m3
Axit