第23卷第5期哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(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(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行唐利,譚學(xué)軍(同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200092)摘要:針對混凝沉淀一 砂濾~ 活性炭過濾-超濾的 處理工藝,通過藥費(fèi)(混凝劑費(fèi)用和超濾膜清洗的藥劑費(fèi)用)、沉淀池排泥費(fèi)、過濾反沖洗費(fèi)和水泵的提升費(fèi)用確定目標(biāo)函數(shù)值,即系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)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(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行研究.試驗(yàn)結(jié)果表明,在達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行工況之前,小型污水回用系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)函數(shù)主要取決于排泥周期和反洗周期的長短,因?yàn)樗苯佑绊懼\(yùn)行費(fèi)用中的水價(jià);當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行以后,決定目標(biāo)函數(shù)的是藥劑費(fèi)用.目標(biāo)函敷開始呈現(xiàn)平緩的增長趨勢.關(guān)鍵詞:小型系統(tǒng);優(yōu)化運(yùn)行;回用;數(shù)學(xué)模型中圈分類號:TQ028.8文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)得到了費(fèi)用處理污水, 使之達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求.它-方越來越廣泛的應(yīng)用.雖然每個(gè)小型污水回用系統(tǒng)處面可以提高除污染效率,減輕除污染工藝的負(fù)荷;理的水量并不大,但因其使用的數(shù)量多,總體而言,另一方面可以降低水處理成本,達(dá)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(tǒng)的運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性就顯得尤為重要.而要達(dá)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(yùn)行.所謂最優(yōu)運(yùn)行工理能力 外理加率乃崇行費(fèi)田不同,各單元的運(yùn)行況就是指對于已建成的水處理系統(tǒng),以最低的運(yùn)行參中國煤化工比,在一一定的運(yùn)行THCNMHG收稿日期:2006-12-08.作者簡介: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(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行●531●條件下,各流程在處理能力上的相互協(xié)調(diào),各單元在處理效率.上的相互協(xié)調(diào),從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的處理費(fèi)用最小，能源消耗最低,即系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行10。狀態(tài).水射器投加PAC根據(jù)回用水水質(zhì)及占地面積的要求,小型污水3t回用系統(tǒng)通常都采用預(yù)處理與深度處理組合工藝21其中預(yù)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)以洗車廢水回用處理工藝為例,從洗車行排出的廢水中主要含1-混凝沉淀池;2 -提升泵;3一流計(jì);有泥砂、油/水乳化液、洗滌劑和有機(jī)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(guī)預(yù)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(jī)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(guī)工藝較難除去的油/水乳化液圖1小型污水回用 系統(tǒng)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(yàn)方法為活性炭對洗滌劑的處理效果較好“,其通過內(nèi)試驗(yàn)用原水為洗車廢水,取自哈市某洗車行.部發(fā)達(dá)的孔隙將陰離子洗滌劑吸附去除;而超濾則本文的試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼m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(yàn)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(yàn)內(nèi)容(PAC) ,測定各單元的進(jìn)出水濁度值、壓力損失值,1.1 試驗(yàn)裝置從而確定沉淀單元的排泥周期及過濾單元的反洗建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?見圖1.處理流量為0.2 m'/h.周期,對于超濾單元,還可計(jì)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(fèi)用;在確定反洗強(qiáng)度的情況下，計(jì)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(fèi);測定提升泵及反沖洗水泵的運(yùn)廠生產(chǎn)的ZJ-15型,其性能指標(biāo)如下:碘值>行時(shí)間,根據(jù)各水泵的功率值計(jì)算出所消耗的電800 mg/g,機(jī)械強(qiáng)度> 70% ,比表面積900 m7/g,總費(fèi);測定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間,根據(jù)流量及投藥量孔容積0.80 m/g,堆密度450 ~530 kg/m' ,填充高計(jì)算出混凝藥劑所消耗的費(fèi)用.最后計(jì)算出日運(yùn)行度1 100 mm;超濾采用聚醚砜材質(zhì)的天津某公司費(fèi)用,即目標(biāo)函數(shù)值,找出優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài).的中空纖維超濾裝置,型號為UWS505 ,截留分子2結(jié)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(yùn)行數(shù)學(xué)模型小型污水回用系統(tǒng)與給水系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于:天津大學(xué)的田一梅等研究建立了常規(guī)水處理處理水量小,處理流量不變,水質(zhì)變化大,可間歇運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型!3.4) ,并提出了最優(yōu)沉淀行.除此之外,本試驗(yàn)所采用的小型污水回用系統(tǒng)出水濁度的概念污水回用試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c常規(guī)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(yàn)?zāi)Ｐ偷膮^(qū)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、洗車用水)，在費(fèi)用計(jì)算的過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(yán)重,也的清洗問題.活性炭可看作是另-種過濾,雖然它可通過預(yù)沉等手段降低耗藥量藥量的消耗相對較在過濾過程中還伴有吸附的過程,其日運(yùn)行費(fèi)用主少針對以上特點(diǎn),由于預(yù)處理單元的處理程度直要包括反清洗的耗水費(fèi)和耗電費(fèi).同樣，超濾的日接影響著整個(gè)小型污水回用系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用,如排運(yùn)行費(fèi)}平]耗電費(fèi)外,當(dāng)用泥周期、反沖洗周期的確定.因此控制預(yù)處理程度藥劑H中國煤化工費(fèi)用就顯得尤為重要,反映在具體的操作環(huán)節(jié)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(biāo)費(fèi)(混凝劑費(fèi)用和超濾膜清洗的藥劑費(fèi)用)、沉淀函數(shù)值,找到優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)下的投藥量值.池排泥費(fèi)過濾反沖洗費(fèi)和水泵的提升費(fèi)用5).這.●532●哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第23卷里暫不考慮消毒劑的費(fèi)用.其目標(biāo)函數(shù)如下:量進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖2.圖2中曲線最低點(diǎn)r=10-*.(gk.m..Q。+高4.m_)+高為該濁度下的優(yōu)化運(yùn)行工況根據(jù)公式(2)可知，目標(biāo)函數(shù)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(jù)圖2中曲線的斜率得出,斜率越大,所受的影響越大.當(dāng)投藥量繼續(xù)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,曲線就主要由所消耗的式中:F為運(yùn)行費(fèi)用,元/d;k后、k、hts分別為混凝混凝劑費(fèi)用決定,曲線開始減趨平緩.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(shù);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(shù);T.為第PAC投藥t/(mg:L)i濾站濾池過濾周期,h;e.為第i濾站反沖洗單位圉2不同投藥下的目標(biāo)函數(shù)用水耗電量,kW●h/m' ;q.\9qi為第i濾站單個(gè)濾2.3運(yùn)行費(fèi)用比較池一次反沖洗用水量用氣量, m' ;qs\9g為第i沉當(dāng)未采用優(yōu)化運(yùn)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(yàn)為例,根據(jù)哈爾濱市當(dāng)?shù)氐乃畠r(jià)、電個(gè)濾柱的反沖洗周期以24 h計(jì),目標(biāo)函數(shù)值為3.4價(jià)和聚合氯化鋁PAC的費(fèi)用,取k =4 000元/t,h2元而優(yōu)化運(yùn)行值為3.07元節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用9. 7%.=2 000元/t,k=0.8元/kW●h,hs =2元/m3 ,Qc .可見,其經(jīng)濟(jì)效益還是十分顯著的. .=1. 6 m/d(以每天運(yùn)行8 h計(jì)),e。=3結(jié)語0.55 kW●h/m' ,e. =0.55 kW . h/m' ,p=99.8%，小型污水回用處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行不僅可節(jié)省w=0.1 m',mm =10 g/次,q. =0.3 m',q. =0.2運(yùn)行費(fèi)用, 也避免了設(shè)備運(yùn)行的盲目性,保證了設(shè)m' ,q, =qy=1.6 m'/d.其目標(biāo)函數(shù)為備運(yùn)行的優(yōu)質(zhì)和可靠這說明對小型污水回用系統(tǒng)0.48 + 5.856 + 17.568進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行是十分必要的,用戶可根據(jù)原水濁度F=0.0064 m。+T. T,T選擇相應(yīng)的投藥量,保證設(shè)備處于優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài).11. 712+ 1. 408.(2)參考文獻(xiàn):式中:T_為膜過濾周期(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(shè)備200,1(1):65 -根據(jù)式(2)可見，目標(biāo)函數(shù)中藥劑費(fèi)和提升費(fèi)71用占有一小部分比例，費(fèi)用主要取決于排泥周期和[2]董聲雄,張濟(jì)字. 中空纖維膜低壓超濾處理含油廢水的數(shù)學(xué)反沖洗周期.摸擬[J].化工學(xué)報(bào)，200,501(3) :320 -325.[3] 田一梅,張宏偉.水處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)學(xué)模擬的研究[J].2.2目標(biāo) 函數(shù)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(yàn)所用的洗車廢水經(jīng)初沉后的濁度在4] 田一梅,單金林,陳浙良,等.水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)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(tǒng)的進(jìn)水濁度通過混凝杯罐試驗(yàn)確定混凝劑聚合[5] 王北福. 電滲析回用聚驅(qū)污水為配聚用水的試驗(yàn)研究[J].哈氯化鋁的投量,試驗(yàn)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(yàn)取60、70、80.90 mg/L 4種不同的投藥