水处理系统优化运行

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1、水处理系统优化运行摘要：研究、建立了水处理系统优化运行的数学模型，提出了最优沉淀出水浊度的概念和各流程间流量最优分配的观点，探讨了系统局部最优和整体最优的关系。此外，还研制了优化运行软件包，并成功地运用于小型试验系统。结果表明，优化运行能节省10%～30%的运行费用，对水处理系统运行与优化设计都具有指导作用。关键词：水处理系统优化运行数学模型　　水处理系统优化运行的目的在于：通过提高水厂的技术管理水平，合理使用水厂现有处理设施，提高供水水质，降低供水成本，使系统在不断变化的运行工况中，经常处于良好的运行状态［1］。　　

2、水处理系统优化运行主要包括两部分内容：系统状态模拟仿真与系统运行优化。前一部分，笔者已撰文作了较详细的论述［2］，本文将主要讨论系统运行优化的问题。1优化运行数学模型　　一般大型水厂采用分期建设，每期建设由于考虑到场地条件、当时的工艺技术以及原水水质、处理效率、投资与经营费用等因素而选择了不同净水工艺及处理设备；而在一些老厂的扩建、改造中，又不断采用新工艺、新技术以增加产量，提高质量，因此形成了水厂处理系统多流程、多工艺、多池型的特点。　　由于不同流程、不同净水工艺、不同处理构筑物型式的处理能力、处理效率及运行费用不同

3、，而且各种构筑物的运行参数又都互相联系、互相制约，因此就存在着整个处理系统在一定的运行条件下，各流程在处理能力上的相互协调、各处理构筑物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状态。1.1目标函数　　水处理系统日常运行费用主要包括：药费、沉淀池(包括澄清池，下同)排泥费和滤池反冲洗费，一泵站的提升费用暂不计算在内。　　　　　　　式中　F--运行费用，元/d　　　　　mi--第i流程的混凝剂投加量，mg/L　　　　　n--处理工艺流程数　　　　　eni--第i流程沉淀池单位

4、排泥耗电量，k3　　　　　pi--第i流程沉淀池排泥耗水率　　　　　3　　　　　Tni--第i流程沉淀池排泥周期，h　　　　　Ni--第i滤站滤池个数　　　　　Ti--第i滤站滤池过滤周期，h　　　　　e3　　　　　egi--第i滤站反冲洗单位用气耗电量，k3　　　　　QCi--第i流程的混凝沉淀进水流量，m3/d　　　　　q3　　　　　k1、k2、k3、k4--药价(元/t)、电价(元/k3)、反洗水价(元/m3)1.2约束条件　　淀池：C1min≤C1i≤C1max　　　滤池：C2i≤C2max(2)　　　式中C1

5、i、C2i--第i流程沉淀池、滤池出水浊度，NTU　　　C1min--经沉淀池处理后能达到的最小出水浊度，NTU　　　C1max--允许的沉淀池最大出水浊度，NTU　　　C2max--要求的滤后出水浊度的上限，该值要小于或等于水质标准的合格浊度，NTU　　此外，由于水厂各流程之间相互连通，而且优化运行要求合理调配各流程的水量负荷，各流程的沉淀出水浊度与滤池进水浊度也不一定相同，故有下述约束：　　C1i＇=C1i+△Ci　　　(3)　　式中　C1i——第i流程滤池进水浊度，NTU　　　　　△Ci——第i流程沉淀池与滤池之

6、间的水质波动，NTU1.3各种构筑物处理规模的要求　　沉淀池：QCimin≤QCi≤QCimax　　滤池：QLimin≤QLi≤QLimax(4)　　式中QCi、QLi--第i流程混凝沉淀及滤站处理的水量，m3/d　　　　QCimax、QCimin、　　QLimax、QLimin--相应构筑物处理规模的上下限,m3/d　　可将过滤水量约束转化为滤速约束，即：　　　　　　vimin≤vi≤vimax(5)　　式中vi、vimax、vimin--第i系统滤池滤速及其上下限，m/h1.4处理流程流量平衡要求　　　　　　式中

7、　Q--原水总流量，m3/d　　　　　QS--分质供水时，经沉淀净化后送用户使用的水量，m3/d　　　　　ΔQCi--第i流程沉淀池排泥耗水量，m3/d1.5滤池运行周期的要求　　确定滤池运行周期，要考虑到水头损失和出水浊度以及最大过滤时间的要求。　　　　　　Ti＝min｛TiL,TiH,Timax｝(7)　　式中TiL、TiH、Timax--　　第i系统滤池的杂质穿透周期、水头损失周期以及允许的最大过滤周期，h1.6杂质穿透深度的要求　　为使杂质在滤层中合理分布，既充分利用滤层的截污能力，又不允许杂质穿透，有下述约束

8、：　　　　　　　Limin≤Li≤Limax(8)　　式中Li、Limax、Limin--第i系统滤池杂质穿透深度及上下限，cm2小型试验系统优化运行考核　　为研究水处理系统优化运行而制作了小型试验系统，主要流程见图1，并根据数理统计原理，通过对试验系统大量实际运行数据回归分析，建立了各单元处理过程的数学模型，详见参考3优化运行结