崔福義¹，石明巖¹，李良才²，朱玉飛³
（1哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150008；2 賓縣自來水公司，黑龍江賓縣150400；3 富陽市自來水廠，浙江富陽311400）

　　摘要：通過在賓縣水廠的生產(chǎn)性試驗，對水處理系統(tǒng)運行工況與費用的基本關(guān)系進行了研究，證實了最經(jīng)濟沉淀水濁度這一概念的存在。試驗表明，雖然該濁度值同原水水質(zhì)條件相關(guān)，但當(dāng)其變化幅度不大時，在生產(chǎn)上實現(xiàn)高效經(jīng)濟運行是可能的。同時發(fā)現(xiàn)在該廠的具體條件下，混凝劑費用是影響運行費用的主要因素，降低混凝劑消耗是降低運行費用的關(guān)鍵。
　　關(guān)鍵詞：給水處理；優(yōu)化運行；經(jīng)濟
　　中圖分類號：TU9916
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：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

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(59778023)

　　賓縣水廠以二龍山水庫為水源，水質(zhì)(如濁度、水溫等)變化相對較緩，除暴雨時出現(xiàn)短暫高濁外，原水濁度全年基本在10～150 NTU范圍內(nèi)變化。
　　該廠水處理系統(tǒng)設(shè)計能力為2×10⁴ m³/d，實際供水量約為7×10³m³/d。水處理工藝流程為：初級串聯(lián)旋轉(zhuǎn)混合池→網(wǎng)格反應(yīng)池→斜管沉淀池及小間距斜板沉淀池(兩池并聯(lián))→普通快濾池。混凝劑為聚合鋁。該廠的水質(zhì)目標(biāo)是出廠水濁度3 NTU，常規(guī)運行方式為控制沉淀水濁度在7 NTU左右。

1 單元運行工況分析

　　為了考察該廠水處理系統(tǒng)運行工況與費用的關(guān)系，自1996年起，在不同季節(jié)選擇各種水質(zhì)件進行生產(chǎn)性試驗。每組試驗中原水水質(zhì)參數(shù)基本不變，以改變混凝劑投加量的方法改變沉淀水濁度，在保證出廠水濁度合格的前提下，以不同的沉淀水濁度為控制目標(biāo)運行，得到相應(yīng)的各單元運行數(shù)據(jù)。4組典型試驗的原水主要水質(zhì)條件如表1(平均值)。

1 1 沉淀水濁度與混凝劑投量的相關(guān)性
　　沉淀水濁度與混凝劑投加量的相關(guān)曲線見圖1。

　　由圖1發(fā)現(xiàn)在原水水質(zhì)一定時，投藥量與沉淀水濁度之間符合如下關(guān)系：

　　m=ks ^-a 　　　　　(1)
　　式中　m ——混凝劑投加量，mg/L
　　　　　s ——沉淀水濁度，NTU
　　　　　k 、 a ——與原水濁度、溫度和水處理流量等因素有關(guān)的系數(shù)
　　例如，對于第一組試驗， k 為39.967， a 為 0.3211 ，回歸相關(guān)系數(shù)r=0.997。
1 2沉淀水濁度與單位排泥水量的關(guān)系
　　在文獻(xiàn)［1］中曾提出單位排泥水量q(%)(生產(chǎn)單位水量所消耗的排泥水量)同濁度差［原水濁度(y)-沉淀水濁度( s)］的關(guān)系式：
　　q=k₁(y-s)/C (2)
　　式中　C ——排泥水濃度，kg/m ³
　　　　　k₁——系數(shù)
　　式(2)中的C值在生產(chǎn)上不易確定，而且可能受諸多因素影響而變化。本試驗結(jié)果表明(圖2)，在該廠的水質(zhì)及運行條件下，沉淀池單位排泥水量與濁度差的關(guān)系可以用下式表達(dá)：
　　q =0.0098e ^{0.071 6(y-s)} (3)
　　相關(guān)系數(shù) r =0988。

1 3沉淀水濁度與濾池反沖洗水量的關(guān)系
　　該水廠的濾池平均濾速為62～63 m/h，反沖洗強度為11.1～11.3 L/(s·m²)。根據(jù)過濾工藝單元優(yōu)化的結(jié)果，確定最佳反沖洗歷時為5 min。
　　對應(yīng)于不同的沉淀水濁度條件，測定相應(yīng)的過濾周期如表2。

　　試驗發(fā)現(xiàn)：沉淀水濁度不超過10 NTU左右時，過濾周期由壓力周期決定；超過該濁度值，過濾周期由水質(zhì)周期決定。即當(dāng)沉淀水濁度增加到一定程度時，濾層內(nèi)的截污量增加迅速，水質(zhì)周期短于壓力周期，成為決定過濾周期的控制因素。
　　根據(jù)反沖洗歷時、反沖洗強度及過濾周期，可確定濾池的反沖洗耗水率，即濾池反沖洗用水量與產(chǎn)水量的比值，以L(%)表示。[HJ]試驗得到不同沉淀水濁度下的L值如圖3所示。可以發(fā)現(xiàn)，在壓力周期為控制周期的情況下，反沖洗耗水率隨沉淀水濁度的增加有緩慢增加，而且二者基本呈線性關(guān)系；在以水質(zhì)周期為控制周期的情況下，反沖洗耗水率增長迅速，偏離先前的線性關(guān)系。

2 運行費用分析

2 1 原水水質(zhì)不變時的各運行費用間的關(guān)系
　　在此考慮水處理系統(tǒng)運行中主要的可變費用(以下簡稱可變費用)，包括混凝劑費、沉淀排泥水費和反沖洗水費。該水廠的上述各項費用單價為：混凝劑2 450元/t_藥，排泥水0.235元/m³，反沖洗水0.239元/m³。結(jié)合前述單元工況分析結(jié)果，可以得到各種水質(zhì)及工況條件下的可變費用變化情況。以第一組試驗結(jié)果為例，在原水水質(zhì)基本不變的情況下，各單項費用曲線及合成費用曲線如圖4。

　　可以發(fā)現(xiàn)：①在合成費用中，混凝劑費所占比例最大，起控制作用，因此，設(shè)法降低混凝劑費用是減少運行費用的關(guān)鍵所在；②沉淀池排泥水費所占比重最小，而且受沉淀水濁度的影響也較小；③反沖洗水費隨沉淀水濁度的增加而增加，特別是在水質(zhì)周期為控制周期的情況下增加迅速；④合成費用曲線有極小值，當(dāng)沉淀水濁度為106 NTU時，可變費用最低，故它是在此條件下的最經(jīng)濟沉淀水濁度值。
2 2水質(zhì)條件對最低運行費用的影響
　　在不同的原水水質(zhì)條件下重復(fù)上述試驗，可得到一系列費用曲線以及相應(yīng)的最經(jīng)濟沉淀水濁度值。將表1中的4組試驗結(jié)果列于表3中。

　　由表1、3可以發(fā)現(xiàn)：①在原水濁度相近時，水溫降低，最經(jīng)濟沉淀水濁度值升高(第1、2兩組試驗)；在原水水溫相近時，原水濁度升高，最經(jīng)濟沉淀水濁度值升高(第3、4兩組試驗)。這一現(xiàn)象說明，需要混凝劑越多、越難處理的水質(zhì)對應(yīng)的最經(jīng)濟沉淀水濁度值越高。②在試驗的水質(zhì)范圍內(nèi)，最經(jīng)濟沉淀水濁度值的變化幅度為2 NTU(10.1～12.1 NTU)，可見對于該水處理系統(tǒng)而言，最經(jīng)濟沉淀水濁度值受原水水質(zhì)影響不大，較為穩(wěn)定。
2 3優(yōu)化運行與常規(guī)運行的比較
　　該水廠以沉淀水濁度≤7 NTU為常規(guī)運行目標(biāo)，將此條件下的可變費用與優(yōu)化運行條件下的最低可變費用作比較，以評價其經(jīng)濟效益(見表4)。

　　從表4可以看出，優(yōu)化較常規(guī)方式可以降低運行費用，可變費用節(jié)約率最高可達(dá)20%以上；該水廠受北方氣候影響，原水低溫低濁期較長，采用優(yōu)化運行方式的優(yōu)越性更為明顯。

3 結(jié)論

　　①生產(chǎn)性試驗研究證實，使運行費用最低的最經(jīng)濟沉淀水濁度值是存在的。
　　②對于該廠水處理系統(tǒng)而言，藥劑費在運行費用中占有相當(dāng)大的比例，因此降低藥耗、減少藥劑費是降低運行費用的關(guān)鍵。
　　③最經(jīng)濟沉淀水濁度值同原水水質(zhì)有關(guān)，但在本研究范圍內(nèi)變化幅度不大，在沉淀水濁度為10.1～12.1 NTU的范圍內(nèi)，都可以收到良好的效果，因此在生產(chǎn)上實現(xiàn)高效經(jīng)濟運行是可行的。
　　④本文的研究是針對特定的水廠、僅從滿足現(xiàn)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的角度進行的。若在水源水質(zhì)受到較大污染的情況下，還需考慮按最經(jīng)濟沉淀水濁度值運行對水質(zhì)安全性的影響。

參考文獻(xiàn)：
［1］崔福義等給水處理系統(tǒng)高效經(jīng)濟運行研究之一——策略與模式［J］哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，1999，6

作者簡介：崔福義(1958-)，男，黑龍江人，哈爾濱建筑大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：水處理工藝、水處理過程控制與優(yōu)化。
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收稿日期：2000-03-24