宾县水厂处理系统的优化运行研究

崔福义¹，石明岩¹，李良才²，朱玉飞³
（1哈尔滨建筑大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150008；2 宾县自来水公司，黑龙江宾县150400；3 富阳市自来水厂，浙江富阳311400）

　　摘要：通过在宾县水厂的生产性试验，对水处理系统运行工况与费用的基本关系进行了研究，证实了最经济沉淀水浊度这一概念的存在。试验表明，虽然该浊度值同原水水质条件相关，但当其变化幅度不大时，在生产上实现高效经济运行是可能的。同时发现在该厂的具体条件下，混凝剂费用是影响运行费用的主要因素，降低混凝剂消耗是降低运行费用的关键。
　　关键词：给水处理；优化运行；经济
　　中图分类号：TU9916
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2000)07-0008-03

Research on Optimum Operation of Treatment System in Binxian Waterworks
CUI Fu yi ¹，SHI Ming yan¹，LI Liang cai ²，ZHU Yu fei ³
(1 School of Munic and Environ Eng, Harbin Univ ofCivil Eng and Architec, Harbin 150090,China;
2Binxian Water Supply ?Co,?Bin County 150400, China；3 Fuyang Waterworks,Fuyang 311400,China)

　　Abstract：The relationship between operation condition and cost for a water treatment system was studied through a full scale test in Binxian Waterworks It was demonstrated that there existed a most economical turbidity for settled water in operation system The test indicated that the turbidity is related to the raw water quality with a narrow fluctuation range and effective and economical operation ispossible in practical application It was also found that the coagulant cost isthe key factor affecting the operating cost in this waterworks and should be reduced.
　　Keywords:water treatment;optimum operation;economy

基金项目：国家自然科学基金资助项目(59778023)

　　宾县水厂以二龙山水库为水源，水质(如浊度、水温等)变化相对较缓，除暴雨时出现短暂高浊外，原水浊度全年基本在10～150 NTU范围内变化。
　　该厂水处理系统设计能力为2×10⁴ m³/d，实际供水量约为7×10³m³/d。水处理工艺流程为：初级串联旋转混合池→网格反应池→斜管沉淀池及小间距斜板沉淀池(两池并联)→普通快滤池。混凝剂为聚合铝。该厂的水质目标是出厂水浊度3 NTU，常规运行方式为控制沉淀水浊度在7 NTU左右。

1 单元运行工况分析

　　为了考察该厂水处理系统运行工况与费用的关系，自1996年起，在不同季节选择各种水质件进行生产性试验。每组试验中原水水质参数基本不变，以改变混凝剂投加量的方法改变沉淀水浊度，在保证出厂水浊度合格的前提下，以不同的沉淀水浊度为控制目标运行，得到相应的各单元运行数据。4组典型试验的原水主要水质条件如表1(平均值)。

1 1 沉淀水浊度与混凝剂投量的相关性
　　沉淀水浊度与混凝剂投加量的相关曲线见图1。

　　由图1发现在原水水质一定时，投药量与沉淀水浊度之间符合如下关系：

　　m=ks ^-a 　　　　　(1)
　　式中　m ——混凝剂投加量，mg/L
　　　　　s ——沉淀水浊度，NTU
　　　　　k 、 a ——与原水浊度、温度和水处理流量等因素有关的系数
　　例如，对于第一组试验， k 为39.967， a 为 0.3211 ，回归相关系数r=0.997。
1 2沉淀水浊度与单位排泥水量的关系
　　在文献［1］中曾提出单位排泥水量q(%)(生产单位水量所消耗的排泥水量)同浊度差［原水浊度(y)-沉淀水浊度( s)］的关系式：
　　q=k₁(y-s)/C (2)
　　式中　C ——排泥水浓度，kg/m ³
　　　　　k₁——系数
　　式(2)中的C值在生产上不易确定，而且可能受诸多因素影响而变化。本试验结果表明(图2)，在该厂的水质及运行条件下，沉淀池单位排泥水量与浊度差的关系可以用下式表达：
　　q =0.0098e ^{0.071 6(y-s)} (3)
　　相关系数 r =0988。

1 3沉淀水浊度与滤池反冲洗水量的关系
　　该水厂的滤池平均滤速为62～63 m/h，反冲洗强度为11.1～11.3 L/(s·m²)。根据过滤工艺单元优化的结果，确定最佳反冲洗历时为5 min。
　　对应于不同的沉淀水浊度条件，测定相应的过滤周期如表2。

　　试验发现：沉淀水浊度不超过10 NTU左右时，过滤周期由压力周期决定；超过该浊度值，过滤周期由水质周期决定。即当沉淀水浊度增加到一定程度时，滤层内的截污量增加迅速，水质周期短于压力周期，成为决定过滤周期的控制因素。
　　根据反冲洗历时、反冲洗强度及过滤周期，可确定滤池的反冲洗耗水率，即滤池反冲洗用水量与产水量的比值，以L(%)表示。[HJ]试验得到不同沉淀水浊度下的L值如图3所示。可以发现，在压力周期为控制周期的情况下，反冲洗耗水率随沉淀水浊度的增加有缓慢增加，而且二者基本呈线性关系；在以水质周期为控制周期的情况下，反冲洗耗水率增长迅速，偏离先前的线性关系。

2 运行费用分析

2 1 原水水质不变时的各运行费用间的关系
　　在此考虑水处理系统运行中主要的可变费用(以下简称可变费用)，包括混凝剂费、沉淀排泥水费和反冲洗水费。该水厂的上述各项费用单价为：混凝剂2 450元/t_药，排泥水0.235元/m³，反冲洗水0.239元/m³。结合前述单元工况分析结果，可以得到各种水质及工况条件下的可变费用变化情况。以第一组试验结果为例，在原水水质基本不变的情况下，各单项费用曲线及合成费用曲线如图4。

　　可以发现：①在合成费用中，混凝剂费所占比例最大，起控制作用，因此，设法降低混凝剂费用是减少运行费用的关键所在；②沉淀池排泥水费所占比重最小，而且受沉淀水浊度的影响也较小；③反冲洗水费随沉淀水浊度的增加而增加，特别是在水质周期为控制周期的情况下增加迅速；④合成费用曲线有极小值，当沉淀水浊度为106 NTU时，可变费用最低，故它是在此条件下的最经济沉淀水浊度值。
2 2水质条件对最低运行费用的影响
　　在不同的原水水质条件下重复上述试验，可得到一系列费用曲线以及相应的最经济沉淀水浊度值。将表1中的4组试验结果列于表3中。

　　由表1、3可以发现：①在原水浊度相近时，水温降低，最经济沉淀水浊度值升高(第1、2两组试验)；在原水水温相近时，原水浊度升高，最经济沉淀水浊度值升高(第3、4两组试验)。这一现象说明，需要混凝剂越多、越难处理的水质对应的最经济沉淀水浊度值越高。②在试验的水质范围内，最经济沉淀水浊度值的变化幅度为2 NTU(10.1～12.1 NTU)，可见对于该水处理系统而言，最经济沉淀水浊度值受原水水质影响不大，较为稳定。
2 3优化运行与常规运行的比较
　　该水厂以沉淀水浊度≤7 NTU为常规运行目标，将此条件下的可变费用与优化运行条件下的最低可变费用作比较，以评价其经济效益(见表4)。

　　从表4可以看出，优化较常规方式可以降低运行费用，可变费用节约率最高可达20%以上；该水厂受北方气候影响，原水低温低浊期较长，采用优化运行方式的优越性更为明显。

3 结论

　　①生产性试验研究证实，使运行费用最低的最经济沉淀水浊度值是存在的。
　　②对于该厂水处理系统而言，药剂费在运行费用中占有相当大的比例，因此降低药耗、减少药剂费是降低运行费用的关键。
　　③最经济沉淀水浊度值同原水水质有关，但在本研究范围内变化幅度不大，在沉淀水浊度为10.1～12.1 NTU的范围内，都可以收到良好的效果，因此在生产上实现高效经济运行是可行的。
　　④本文的研究是针对特定的水厂、仅从满足现行水质标准要求的角度进行的。若在水源水质受到较大污染的情况下，还需考虑按最经济沉淀水浊度值运行对水质安全性的影响。

参考文献：
［1］崔福义等给水处理系统高效经济运行研究之一——策略与模式［J］哈尔滨建筑大学学报，1999，6

作者简介：崔福义(1958-)，男，黑龙江人，哈尔滨建筑大学教授，博士生导师，研究方向：水处理工艺、水处理过程控制与优化。
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收稿日期：2000-03-24