小型污水回用系統的優(yōu)化運行

第23卷第5期哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.23 No.52007年10月Journal of Harbin University of Commerce (Natural Sciences Edition)Oct. 2007小型污水回用系統的優(yōu)化運行唐利,譚學(xué)軍(同濟大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗室,上海200092)摘要:針對混凝沉淀一 砂濾~ 活性炭過(guò)濾-超濾的 處理工藝,通過(guò)藥費(混凝劑費用和超濾膜清洗的藥劑費用)、沉淀池排泥費、過(guò)濾反沖洗費和水泵的提升費用確定目標函數值,即系統的運行費用.并在四種不同的投藥量下,針對不同濁度的原水,對該污水回用系統的優(yōu)化運行進(jìn)行研究.試驗結果表明,在達到優(yōu)化運行工況之前,小型污水回用系統優(yōu)化運行的目標函數主要取決于排泥周期和反洗周期的長(cháng)短,因為它直接影響著(zhù)運行費用中的水價(jià);當系統達到優(yōu)化運行以后,決定目標函數的是藥劑費用.目標函敷開(kāi)始呈現平緩的增長(cháng)趨勢.關(guān)鍵詞:小型系統;優(yōu)化運行;回用;數學(xué)模型中圈分類(lèi)號:TQ028.8文獻標識碼:A文章編號:1672 -0946(2007)05 -0530 -03Optimal operation of small-scale wastewater reuse systemTANG Li,TAN Xue-jun(Suate Key Laboratory of Pllution Control and Resources Reuse, Tongji University , Shanghai 20020 ,China)Abstract: For reducing the costs and avoiding blind operating equipment, it is necessary tooperate small-ecale wastewater reuse system optimally. The wastewater treatment technologyof coagulation, sand flration, active carbon absorption and ultrafilration is adopted in thispaper. According to the costs of coagulating agent, washing medicament of ultrafiltration,mud discharging, back washing and lifting by pumps, the object function is determined.During the test, according to the different turbidity of raw water , four quantities of dosage areused to the system. Conclusion is drew by analyzing datum. It is ilustrated that objectivefunction of small-scale wastewater reuse system is determined by water costs before objectivefunction is got. With increasing dosage of PAC, objective function goes through a lowestpoint, which is the point of optimal operating condition. The objective function is deteminedby the amount of PAC, curve ilustrates an increasing tendency.Key words:small- 8cale; optimal operation; reuse ; mathematical model由于水污染的加劇,小型污水回用系統得到了費用處理污水, 使之達到水質(zhì)標準的要求.它-方越來(lái)越廣泛的應用.雖然每個(gè)小型污水回用系統處面可以提高除污染效率,減輕除污染工藝的負荷;理的水量并不大,但因其使用的數量多,總體而言,另一方面可以降低水處理成本,達到挖潛增效的目處理的水量是十分巨大的,因此小型污水回用系統的運行的經(jīng)濟性就顯得尤為重要.而要達到這- - 目不同流程、不同凈水工藝、不同處理單元的處的,就要使其在最優(yōu)工況下運行.所謂最優(yōu)運行工理能力 外理加率乃崇行費田不同,各單元的運行況就是指對于已建成的水處理系統,以最低的運行參中國煤化工比,在一一定的運行THCNMHG收稿日期:2006-12-08.作者簡(jiǎn)介:唐利(1977 -) ,女,博士,研究方向:污水資源化處理與回用.第5期唐利,等:小型污水回用 系統的優(yōu)化運行●531●條件下,各流程在處理能力上的相互協(xié)調,各單元在處理效率.上的相互協(xié)調,從而達到整個(gè)系統的處理費用最小，能源消耗最低,即系統處于經(jīng)濟運行10。狀態(tài).水射器投加PAC根據回用水水質(zhì)及占地面積的要求,小型污水3t回用系統通常都采用預處理與深度處理組合工藝21其中預處理工藝主要有混凝沉淀、砂濾等物理、化L8g十j8學(xué)方法;深度處理工藝目前常用的則有活性炭工10藝、微濾超濾、納濾和反摻透等技術(shù)以洗車(chē)廢水回用處理工藝為例,從洗車(chē)行排出的廢水中主要含1-混凝沉淀池;2 -提升泵;3一流計;有泥砂、油/水乳化液、洗滌劑和有機物等物質(zhì).采4一砂濾單元;5- GAC單元;6一UF單元;用混凝沉淀、砂濾常規預處理工藝將大部分泥砂、7-沉淀池進(jìn)水管;8- 進(jìn)水管;9 一出水管;油洗滌劑和有機物去除后,再用深度處理工藝將10-反沖洗水管;11 -反沖洗水泵剩余洗滌劑和用常規工藝較難除去的油/水乳化液圖1小型污水回用 系統工藝流程圖去除.深度處理工藝可采用活性炭和超濾這是因1.2 試驗方法為活性炭對洗滌劑的處理效果較好“,其通過(guò)內試驗用原水為洗車(chē)廢水,取自哈市某洗車(chē)行.部發(fā)達的孔隙將陰離子洗滌劑吸附去除;而超濾則本文的試驗模型正適用處理該種廢水,處理后的廢是分離油/水乳化液并將濾后水進(jìn)行回用處理的一水可回用.個(gè)最佳工藝2.試驗方法為:在20 C,pH值在6-8,流量0.2 m/h的條件下，取不同量的聚合氯化鋁1試驗內容(PAC) ,測定各單元的進(jìn)出水濁度值、壓力損失值,1.1 試驗裝置從而確定沉淀單元的排泥周期及過(guò)濾單元的反洗建立試驗模型,見(jiàn)圖1.處理流量為0.2 m'/h.周期,對于超濾單元,還可計算出反洗藥劑的消耗混凝劑采用PAC,砂濾為均質(zhì)單層濾料,粒徑費用;在確定反洗強度的情況下，計算出反洗耗水0.7 mm,填充高度1 100 mm ;活性炭為太原新華工量,確定日用水費;測定提升泵及反沖洗水泵的運廠(chǎng)生產(chǎn)的ZJ-15型,其性能指標如下:碘值>行時(shí)間,根據各水泵的功率值計算出所消耗的電800 mg/g,機械強度> 70% ,比表面積900 m7/g,總費;測定整個(gè)系統的運行時(shí)間,根據流量及投藥量孔容積0.80 m/g,堆密度450 ~530 kg/m' ,填充高計算出混凝藥劑所消耗的費用.最后計算出日運行度1 100 mm;超濾采用聚醚砜材質(zhì)的天津某公司費用,即目標函數值,找出優(yōu)化運行狀態(tài).的中空纖維超濾裝置,型號為UWS505 ,截留分子2結果與討論質(zhì)量為20 000 ~50 000,操作壓力≤0.10 MPa. 沉淀池容積1 mx1 mx1 m.2.1優(yōu)化運行數學(xué)模型小型污水回用系統與給水系統的不同點(diǎn)在于:天津大學(xué)的田一梅等研究建立了常規水處理處理水量小,處理流量不變,水質(zhì)變化大,可間歇運系統優(yōu)化運行的數學(xué)模型!3.4) ,并提出了最優(yōu)沉淀行.除此之外,本試驗所采用的小型污水回用系統出水濁度的概念污水回用試驗模型與常規水處理還具有如下特點(diǎn):需反洗的工藝單元較多,耗水量試驗模型的區別是增加了污水深度處理部分,因而相對較大;如果是商業(yè)用水(如洗浴、洗車(chē)用水)，在費用計算的過(guò)程中需要考慮到活性炭和超濾膜水價(jià)較高;總處理水量較小，即使水質(zhì)污染嚴重,也的清洗問(wèn)題.活性炭可看作是另-種過(guò)濾,雖然它可通過(guò)預沉等手段降低耗藥量藥量的消耗相對較在過(guò)濾過(guò)程中還伴有吸附的過(guò)程,其日運行費用主少針對以上特點(diǎn),由于預處理單元的處理程度直要包括反清洗的耗水費和耗電費.同樣，超濾的日接影響著(zhù)整個(gè)小型污水回用系統的運行費用,如排運行費}平]耗電費外,當用泥周期、反沖洗周期的確定.因此控制預處理程度藥劑H中國煤化工費用就顯得尤為重要,反映在具體的操作環(huán)節上,就是C N M H G用主要包括:藥控制投藥量,確定各單元的反沖洗周期,算出目標費(混凝劑費用和超濾膜清洗的藥劑費用)、沉淀函數值,找到優(yōu)化運行狀態(tài)下的投藥量值.池排泥費過(guò)濾反沖洗費和水泵的提升費用5).這.●532●哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第23卷里暫不考慮消毒劑的費用.其目標函數如下:量進(jìn)行試驗,試驗結果見(jiàn)圖2.圖2中曲線(xiàn)最低點(diǎn)r=10-*.(gk.m..Q。+高4.m_)+高為該濁度下的優(yōu)化運行工況根據公式(2)可知，目標函數主要是由排泥周期和反洗周期決定的.其(hg em+k.p)●如.=+高[(ks +heu)qu+決定程度可根 據圖2中曲線(xiàn)的斜率得出,斜率越大,所受的影響越大.當投藥量繼續增加,排泥周期h.e●q,]'+名k(e。.qu+es *qn).(1) .和反洗周期不再明顯變化,曲線(xiàn)就主要由所消耗的式中:F為運行費用,元/d;k后、k、hts分別為混凝混凝劑費用決定,曲線(xiàn)開(kāi)始減趨平緩.劑藥價(jià)(元/t) ,膜清洗藥價(jià)(元/ t) ,電價(jià)(元/kW4.-242 ntu3.9388 ntu●h)、水價(jià)(元/m' ) ;n為處理工藝流程數;m。為第3.i流程的混凝劑投加量, mg/L ;Qa為第i流程的混凝沉淀進(jìn)水流量, m'/d;m,。為第i流程的膜清洗藥R 3.33.1劑量,g/次;e為第i流程沉淀池單位排泥耗電量,kW . h/m' ;P;為第i流程沉淀池排泥耗水率;0;為2.第i流程沉淀池-次排泥量, m' ;T。為第i流程沉8070P0淀池排泥周期,h;N,為第i濾站濾池個(gè)數;T.為第PAC投藥t/(mg:L)i濾站濾池過(guò)濾周期,h;e.為第i濾站反沖洗單位圉2不同投藥下的目標函數用水耗電量,kW●h/m' ;q.\9qi為第i濾站單個(gè)濾2.3運行費用比較池一次反沖洗用水量用氣量, m' ;qs\9g為第i沉當未采用優(yōu)化運行,以進(jìn)水濁度388 ntu為例，淀池、第i濾站的處理水量,m'/d;e。、ep為第i沉淀將投藥量80 mg/L作為混凝劑投量排泥周期和每池、第i濾站提升用耗電量,kW●h/m'.以本試驗為例,根據哈爾濱市當地的水價(jià)、電個(gè)濾柱的反沖洗周期以24 h計,目標函數值為3.4價(jià)和聚合氯化鋁PAC的費用,取k =4 000元/t,h2元而優(yōu)化運行值為3.07元節省運行費用9. 7%.=2 000元/t,k=0.8元/kW●h,hs =2元/m3 ,Qc .可見(jiàn),其經(jīng)濟效益還是十分顯著(zhù)的. .=1. 6 m/d(以每天運行8 h計),e。=3結語(yǔ)0.55 kW●h/m' ,e. =0.55 kW . h/m' ,p=99.8%，小型污水回用處理系統優(yōu)化運行不僅可節省w=0.1 m',mm =10 g/次,q. =0.3 m',q. =0.2運行費用, 也避免了設備運行的盲目性,保證了設m' ,q, =qy=1.6 m'/d.其目標函數為備運行的優(yōu)質(zhì)和可靠這說(shuō)明對小型污水回用系統0.48 + 5.856 + 17.568進(jìn)行優(yōu)化運行是十分必要的,用戶(hù)可根據原水濁度F=0.0064 m。+T. T,T選擇相應的投藥量,保證設備處于優(yōu)化運行狀態(tài).11. 712+ 1. 408.(2)參考文獻:式中:T_為膜過(guò)濾周期(h);T,為排泥周期(h) ;T,[1] 李軼,王棟,周集體.我國表面活性劑LAS廢水的處理為砂濾反洗周期(h) ;T.為活性炭反洗周期(h).技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設備200,1(1):65 -根據式(2)可見(jiàn)，目標函數中藥劑費和提升費71用占有一小部分比例，費用主要取決于排泥周期和[2]董聲雄,張濟字. 中空纖維膜低壓超濾處理含油廢水的數學(xué)反沖洗周期.摸擬[J].化工學(xué)報，200,501(3) :320 -325.[3] 田一梅,張宏偉.水處理系統運行狀態(tài)數學(xué)模擬的研究[J].2.2目標 函數值與混凝劑投藥量的關(guān)系中國給水排水，1998,14(4):10-13.試驗所用的洗車(chē)廢水經(jīng)初沉后的濁度在4] 田一梅,單金林,陳浙良,等.水處理系統優(yōu)化運行[J].中國200 ~ 550 ntu之間,該濁度即為此小型污水回用系給水排水，999,15(5):5-9.統的進(jìn)水濁度通過(guò)混凝杯罐試驗確定混凝劑聚合[5] 王北福. 電滲析回用聚驅污水為配聚用水的試驗研究[J].哈氯化鋁的投量,試驗條件:原水濁度為388 ntu, 快中國煤化工231)22-27.攪30 s(300 r/min) ,慢攪10 min( 50 r/min) ,靜沉15 min,測上清液濁度,得最佳投藥量為80 mng/L.HCNMHG因此本試驗取60、70、80.90 mg/L 4種不同的投藥