小型污水回用系统的优化运行

第23卷第5期哈尔滨商业大学学报(自然科学版)Vol.23 No.52007年10月Journal of Harbin University of Commerce (Natural Sciences Edition)Oct. 2007小型污水回用系统的优化运行唐利,谭学军(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)摘要:针对混凝沉淀一 砂滤~ 活性炭过滤-超滤的 处理工艺,通过药费(混凝剂费用和超滤膜清洗的药剂费用)、沉淀池排泥费、过滤反冲洗费和水泵的提升费用确定目标函数值,即系统的运行费用.并在四种不同的投药量下,针对不同浊度的原水,对该污水回用系统的优化运行进行研究.试验结果表明,在达到优化运行工况之前,小型污水回用系统优化运行的目标函数主要取决于排泥周期和反洗周期的长短,因为它直接影响着运行费用中的水价;当系统达到优化运行以后,决定目标函数的是药剂费用.目标函敷开始呈现平缓的增长趋势.关键词:小型系统;优化运行;回用;数学模型中圈分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号: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由于水污染的加剧,小型污水回用系统得到了费用处理污水, 使之达到水质标准的要求.它-方越来越广泛的应用.虽然每个小型污水回用系统处面可以提高除污染效率,减轻除污染工艺的负荷;理的水量并不大,但因其使用的数量多,总体而言,另一方面可以降低水处理成本,达到挖潜增效的目处理的水量是十分巨大的,因此小型污水回用系统的运行的经济性就显得尤为重要.而要达到这- - 目不同流程、不同净水工艺、不同处理单元的处的,就要使其在最优工况下运行.所谓最优运行工理能力 外理加率乃崇行费田不同,各单元的运行况就是指对于已建成的水处理系统,以最低的运行参中国煤化工比,在一一定的运行THCNMHG收稿日期:2006-12-08.作者简介:唐利(1977 -) ,女,博士,研究方向:污水资源化处理与回用.第5期唐利,等:小型污水回用 系统的优化运行●531●条件下,各流程在处理能力上的相互协调,各单元在处理效率.上的相互协调,从而达到整个系统的处理费用最小，能源消耗最低,即系统处于经济运行10。状态.水射器投加PAC根据回用水水质及占地面积的要求,小型污水3t回用系统通常都采用预处理与深度处理组合工艺21其中预处理工艺主要有混凝沉淀、砂滤等物理、化L8g十j8学方法;深度处理工艺目前常用的则有活性炭工10艺、微滤超滤、纳滤和反掺透等技术以洗车废水回用处理工艺为例,从洗车行排出的废水中主要含1-混凝沉淀池;2 -提升泵;3一流计;有泥砂、油/水乳化液、洗涤剂和有机物等物质.采4一砂滤单元;5- GAC单元;6一UF单元;用混凝沉淀、砂滤常规预处理工艺将大部分泥砂、7-沉淀池进水管;8- 进水管;9 一出水管;油洗涤剂和有机物去除后,再用深度处理工艺将10-反冲洗水管;11 -反冲洗水泵剩余洗涤剂和用常规工艺较难除去的油/水乳化液图1小型污水回用 系统工艺流程图去除.深度处理工艺可采用活性炭和超滤这是因1.2 试验方法为活性炭对洗涤剂的处理效果较好“,其通过内试验用原水为洗车废水,取自哈市某洗车行.部发达的孔隙将阴离子洗涤剂吸附去除;而超滤则本文的试验模型正适用处理该种废水,处理后的废是分离油/水乳化液并将滤后水进行回用处理的一水可回用.个最佳工艺2.试验方法为:在20 C,pH值在6-8,流量0.2 m/h的条件下，取不同量的聚合氯化铝1试验内容(PAC) ,测定各单元的进出水浊度值、压力损失值,1.1 试验装置从而确定沉淀单元的排泥周期及过滤单元的反洗建立试验模型,见图1.处理流量为0.2 m'/h.周期,对于超滤单元,还可计算出反洗药剂的消耗混凝剂采用PAC,砂滤为均质单层滤料,粒径费用;在确定反洗强度的情况下，计算出反洗耗水0.7 mm,填充高度1 100 mm ;活性炭为太原新华工量,确定日用水费;测定提升泵及反冲洗水泵的运厂生产的ZJ-15型,其性能指标如下:碘值>行时间,根据各水泵的功率值计算出所消耗的电800 mg/g,机械强度> 70% ,比表面积900 m7/g,总费;测定整个系统的运行时间,根据流量及投药量孔容积0.80 m/g,堆密度450 ~530 kg/m' ,填充高计算出混凝药剂所消耗的费用.最后计算出日运行度1 100 mm;超滤采用聚醚砜材质的天津某公司费用,即目标函数值,找出优化运行状态.的中空纤维超滤装置,型号为UWS505 ,截留分子2结果与讨论质量为20 000 ~50 000,操作压力≤0.10 MPa. 沉淀池容积1 mx1 mx1 m.2.1优化运行数学模型小型污水回用系统与给水系统的不同点在于:天津大学的田一梅等研究建立了常规水处理处理水量小,处理流量不变,水质变化大,可间歇运系统优化运行的数学模型!3.4) ,并提出了最优沉淀行.除此之外,本试验所采用的小型污水回用系统出水浊度的概念污水回用试验模型与常规水处理还具有如下特点:需反洗的工艺单元较多,耗水量试验模型的区别是增加了污水深度处理部分,因而相对较大;如果是商业用水(如洗浴、洗车用水)，在费用计算的过程中需要考虑到活性炭和超滤膜水价较高;总处理水量较小，即使水质污染严重,也的清洗问题.活性炭可看作是另-种过滤,虽然它可通过预沉等手段降低耗药量药量的消耗相对较在过滤过程中还伴有吸附的过程,其日运行费用主少针对以上特点,由于预处理单元的处理程度直要包括反清洗的耗水费和耗电费.同样，超滤的日接影响着整个小型污水回用系统的运行费用,如排运行费}平]耗电费外,当用泥周期、反冲洗周期的确定.因此控制预处理程度药剂H中国煤化工费用就显得尤为重要,反映在具体的操作环节上,就是C N M H G用主要包括:药控制投药量,确定各单元的反冲洗周期,算出目标费(混凝剂费用和超滤膜清洗的药剂费用)、沉淀函数值,找到优化运行状态下的投药量值.池排泥费过滤反冲洗费和水泵的提升费用5).这.●532●哈尔滨商业大学学报(自然科学版)第23卷里暫不考虑消毒剂的费用.其目标函数如下:量进行试验,试验结果见图2.图2中曲线最低点r=10-*.(gk.m..Q。+高4.m_)+高为该浊度下的优化运行工况根据公式(2)可知，目标函数主要是由排泥周期和反洗周期决定的.其(hg em+k.p)●如.=+高[(ks +heu)qu+决定程度可根 据图2中曲线的斜率得出,斜率越大,所受的影响越大.当投药量继续增加,排泥周期h.e●q,]'+名k(e。.qu+es *qn).(1) .和反洗周期不再明显变化,曲线就主要由所消耗的式中:F为运行费用,元/d;k后、k、hts分别为混凝混凝剂费用决定,曲线开始减趋平缓.剂药价(元/t) ,膜清洗药价(元/ t) ,电价(元/kW4.-242 ntu3.9388 ntu●h)、水价(元/m' ) ;n为处理工艺流程数;m。为第3.i流程的混凝剂投加量, mg/L ;Qa为第i流程的混凝沉淀进水流量, m'/d;m,。为第i流程的膜清洗药R 3.33.1剂量,g/次;e为第i流程沉淀池单位排泥耗电量,kW . h/m' ;P;为第i流程沉淀池排泥耗水率;0;为2.第i流程沉淀池-次排泥量, m' ;T。为第i流程沉8070P0淀池排泥周期,h;N,为第i滤站滤池个数;T.为第PAC投药t/(mg:L)i滤站滤池过滤周期,h;e.为第i滤站反冲洗单位圉2不同投药下的目标函数用水耗电量,kW●h/m' ;q.\9qi为第i滤站单个滤2.3运行费用比较池一次反冲洗用水量用气量, m' ;qs\9g为第i沉当未采用优化运行,以进水浊度388 ntu为例，淀池、第i滤站的处理水量,m'/d;e。、ep为第i沉淀将投药量80 mg/L作为混凝剂投量排泥周期和每池、第i滤站提升用耗电量,kW●h/m'.以本试验为例,根据哈尔滨市当地的水价、电个滤柱的反冲洗周期以24 h计,目标函数值为3.4价和聚合氯化铝PAC的费用,取k =4 000元/t,h2元而优化运行值为3.07元节省运行费用9. 7%.=2 000元/t,k=0.8元/kW●h,hs =2元/m3 ,Qc .可见,其经济效益还是十分显著的. .=1. 6 m/d(以每天运行8 h计),e。=3结语0.55 kW●h/m' ,e. =0.55 kW . h/m' ,p=99.8%，小型污水回用处理系统优化运行不仅可节省w=0.1 m',mm =10 g/次,q. =0.3 m',q. =0.2运行费用, 也避免了设备运行的盲目性,保证了设m' ,q, =qy=1.6 m'/d.其目标函数为备运行的优质和可靠这说明对小型污水回用系统0.48 + 5.856 + 17.568进行优化运行是十分必要的,用户可根据原水浊度F=0.0064 m。+T. T,T选择相应的投药量,保证设备处于优化运行状态.11. 712+ 1. 408.(2)参考文献:式中:T_为膜过滤周期(h);T,为排泥周期(h) ;T,[1] 李轶,王栋,周集体.我国表面活性剂LAS废水的处理为砂滤反洗周期(h) ;T.为活性炭反洗周期(h).技术进展[J].环境污染治理技术与设备200,1(1):65 -根据式(2)可见，目标函数中药剂费和提升费71用占有一小部分比例，费用主要取决于排泥周期和[2]董声雄,张济字. 中空纤维膜低压超滤处理含油废水的数学反冲洗周期.摸拟[J].化工学报，200,501(3) :320 -325.[3] 田一梅,张宏伟.水处理系统运行状态数学模拟的研究[J].2.2目标 函数值与混凝剂投药量的关系中国给水排水，1998,14(4):10-13.试验所用的洗车废水经初沉后的浊度在4] 田一梅,单金林,陈浙良,等.水处理系统优化运行[J].中国200 ~ 550 ntu之间,该浊度即为此小型污水回用系给水排水，999,15(5):5-9.统的进水浊度通过混凝杯罐试验确定混凝剂聚合[5] 王北福. 电渗析回用聚驱污水为配聚用水的试验研究[J].哈氯化铝的投量,试验条件:原水浊度为388 ntu, 快中国煤化工231)22-27.搅30 s(300 r/min) ,慢搅10 min( 50 r/min) ,静沉15 min,测上清液浊度,得最佳投药量为80 mng/L.HCNMHG因此本试验取60、70、80.90 mg/L 4种不同的投药