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水处理系统优化运行
来源:  [ 2006-9-9 14:10:41 ]  作者:   编辑:
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3 优化运行结果分析及讨论

3.1 最优出水浊度的动态特性
  ① 当原水流量、浊度一定时,沉淀出水浊度C1的大小直接关系到水处理费用的高低。运行时如果允许C1较高,则混凝沉淀的费用可相应降低,但却增加了滤池的运行费用;反之如果要求C1较低,则提高了混凝沉淀的处理费用,而降低了滤池的运行费用。因此,必然存在着一个使总运行费用最小的沉淀出水浊度,即系统优化运行意义下的最优沉淀出水浊度C*,见图2。

  ② 原水流量、浊度变化时,C*也随之变化,其变化幅度与原水有关参数变化幅度有关。表2为流程2的C*与原水浊度C0或原水流量Q之间的变化关系,即C*∝(C0/Q)。此式表明,出水浊度是联系混凝沉淀与过滤的中间变量,它的大小既受到原水水质及混凝沉淀设备处理效率的影响,同时也受到滤池水量负荷的制约,需根据运行条件的变化合理确定。

表2 流程2中最优出水浊度℃与原水浊度或原水流量的关系
Q=100L/hC030405060708090100
C*3.434.646.016.368.109.5510.711.96
C0=60NTUQ6080100120140160180 
C*10.98.667.065.845.234.604.03 

  ③ 比较本试验各流程最优运算结果可知,流程不同,各单元运行费用不同,则最优沉淀出水浊度C*不同。如流程1,由于均质滤料滤池采用气水反冲洗,节省大量的反洗用水,故费用比单独水反洗要低得多,试验中,均质滤料滤池反洗一次的费用是双层滤料滤池的41.32%。故当处理相同规模、相同水质的原水时,由于气水反洗费用低,则优化运行适当提高反洗费用、降低投药费,使最优沉淀出水浊度得以提高,即图2中的最优点C*向右偏移。
  ④ 对某净水厂来说,处理流程已定,则最优沉淀出水浊度C*就取决于水厂采用的药剂品种、价格及当地的水价。若系统采用的药费较高,而水价相对较低的话,则系统优化必然要减小投药量,提高沉淀出水浊度,从而减小投药费用;反之,在水资源短缺或长距离输水的地方,水价较高,若药费相对较低,则系统优化必然是加大投药量,降低沉淀出水浊度,以节省反洗费用。如本试验系统采用的药剂不变,而水价由原来的0.4 元/m3涨到0.8 元/m3或1.2 元/m3,则C*由原来的8 NTU相应降到6.0 NTU或3.8 NTU,且反洗耗水量也随水价的提高而减少至原耗水量的90.1%和77.4%。
3.2 合理分配水量负荷
  在多流程处理系统中,除了调节滤前浊度外,还可通过合理分配各流程水量负荷,使系统处于最佳工况。从表1看出,在试验系统中,两滤池的流量分配都是优先分配均质滤料滤池,该滤池滤速均为满足各种约束下的最大滤速,其原因就在于均质滤料滤池运行费用低。如两滤池冲洗一次的时间均按30 min计算,系统总处理能力为80~120 L/h,据此计算两滤池10 d的处理水量,则均质滤料滤池的处理水量是双层滤料滤池的99.7%~194%。
3.3 排泥周期的确定
  在总费用中,虽然排泥费很小,只占总费用的1%以下,但系统优化运行的意义在于确保出水质量,并减少排泥耗水量,从而减少水厂污泥系统的负荷,减少相应的处理费用。
  在优化运行计算中发现,当投药量较少,沉淀出水浊度较高时,排泥周期较长,这是由于定量排泥的缘故。在实际生产中,排泥周期过长,易造成污泥浓度过高,排泥阻力增大,排泥机械电耗增加,故在优化计算中,确定最大排泥周期为24 h。这样在泥量大时,采用定量、不定时排泥;泥量小时,采用定时、按实际泥量排泥,既可保证系统正常运行,又可降低排泥耗水率。
3.4 系统最优运行与滤池最优运行的关系
  笔者在参考文献[2]讨论了滤池最优运行条件,即TH=TL。由表1看出,系统处于最优运行时,双层滤料滤池的TH≠TL,由于优化运行对滤后水质要求较高(C22≤0.5 NTU),所以运行周期多由TL决定。
  当原水流量、浊度一定时,可以通过调整滤前浊度C1来调整TH、TL,见图3。

  由图3可知:
  ① 当C1较低时,过滤周期由TH决定;而C1较高时,过滤周期由TL决定。
  ② 当C1=7.6 NTU时,TH=TL=26.7 h,滤池处于最佳运行状态,但总运行费用不是最小;而当C1=10.8 NTU时,TH=23.06 h,TL=20.68 h,过滤周期取20.68 h,此时系统的总运行费用最小。即整体最优时局部不一定最优,而局部最优时整体不一定最优。
  在本优化运行计算中,通过调整各运行参数,使双层滤料滤池的TH与TL比较接近,在系统处于最优运行的前提下,尽可能使滤池也处于良好的运行状态。
3.5 系统优化运行的经济效益

  由表1看出,试验系统优化运行与常规运行相比,当滤后水质相同时,节省运行费用19%~36%,而第3组优化运行与常规运行费用相差不多,但优化运行滤后水质明显好。
  根据天津某水厂1997年2月药耗(不包括消毒剂),排泥电耗及反洗水、电耗等实际运行资料,计算其费用为0.029 9 元/m3,如水厂日处理能力按50×104 t、优化运行节省费用按10%~20%计算,则年节省运行费用(54.6~109.1)万元。
  根据水厂一年实际运行数据,当原水水质较差时,月投药量是2月份投药量的3~4倍,排泥量及反洗耗水量也相应增大,故年节省运行费远大于上述计算值。

4 结论

  ① 根据原水变化及对出水水质的要求,在对系统运行全面分析、综合调整的基础上,确定系统优化运行意义下的沉淀出水浊度。不同地区、不同药剂品种、不同处理流程,其最优沉淀出水浊度的变化范围及变化幅度也不同。
  在多流程的净水厂中,各流程处理规模应根据优化计算予以确定,优先使用运行状态好、耗损低的处理设备。
  这样,在处理系统中通过纵向调节各处理构筑物的水质负荷,横向协调各流程间的水量负荷,以及合理确定排泥周期、过滤周期等运行参数,使系统适应运行条件的变化,并处于良好的工作状态。
  ② 水处理系统优化运行不仅可节省运行费、提高运行管理的技术水平,而且在水厂实际运行中,面对不断变化的原水条件及随之变化的工艺设备特征参数,运行管理人员借助优化运行计算软件模拟系统各种可能的运行状态,从中寻求系统最佳运行工况,避免了系统运行的盲目性及运行参数调节与处理效果滞后的弊端,保证水厂生产的优质、安全、可靠。

参考文献

  1 Renner R C,Hegg B A,Bender J H.Composite correction program optimizes performance at water plants.Jounal AWWA,1993
  2 田一梅,张宏伟等.水处理系统运行状态数学模拟的研究.中国给水排水,1998;14(4):10~13

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