CN105399247A

CN105399247A - 一种低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法

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Publication number: CN105399247A
Application number: CN201510986608.0A
Authority: CN
Inventors: 徐勇鹏; 崔福义; 时文歆; 朱世俊; 陈停
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2015-12-26
Filing date: 2015-12-26
Publication date: 2016-03-16

Abstract

一种低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，步骤如下：调研净水厂水源水在不同季节时的水质、水量变化情况，对净水厂现有工艺处理效果和运行费用进行评价；在净水厂水源水满足低浊、低污染的条件下，对各工艺环节实施提升改造、补建、优化运行参数等措施；对实施改造方案后的净水厂出水水质、经济费用进行效益评价，实现节约运行成本的目标。本发明通过净水厂综合运行经济费用评价，运用优化处理单元手段寻找最佳运行参数，将净水厂水源水质、各工艺单元处理效果、出水水质指标及安全性等因素与水厂整体经济费用相结合，将生产废水联合回流实现强化低浊水混凝效率及节约水资源费，减少排污量的目标，对实施净水厂提标改造至关重要。

Description

一种低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法

技术领域

本发明是对既有低浊度水净水厂现状的升级改造，涉及一种城市净水厂综合节约运行成本的改造方法，属于净水厂提升改造技术领域。

背景技术

随着《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的强制实施及“水污染防治行动计划（水十条）”的颁布，对现有城镇供水厂提出了更加严格的水质要求及专业管理水平，如何在保证水质满足新国标的要求下，符合国家“节能减排”、“节源开流”最大限度的节约成本，保护水资源，节约净水厂自耗水的理念。

我国多数河流的水量和水质正逐年下降，多数地区选择沿河建坝蓄水，地表水水源由河流转变为湖库型，湖库水源具有浊度低、微污染、水质稳定等特点。目前，较多文献将浊度低于30NTU的地表水定义为低浊水，主要类型可分为三类：常规低浊水水源、低温低浊水水源、微污染低浊水水源，其物理化学特征具有颗粒物浓度低、耗氧量低、碱度低、Zeta点位低、粘度高等特点。我国北方冬季水源水处于低温低浊状态，而南方地区低浊度水源水中大部分藻类含量较高。低浊水难处理的原因主要在于，低浊度时水中胶体颗粒碰撞几率小，不易于脱稳絮凝，形成的絮体不易沉降，并且低浊水中所含有机物由于混凝效果差而难以去除。

目前，大多数净水厂处理低浊水时以加大混凝剂投加量、投加助凝剂或添加预氧化工艺来解决，不利于水厂运行成本的节约。对于低浊水源水的净水厂改造研究工作主要针对某单一处理工艺环节或单一构筑物的重建和改造。但这些研究成果缺乏整系统性和关联性，并对整个水厂运行成本的节约研究不足。

发明内容

为了解决净水厂水源水浊度低、难处理，常规处理工艺运行成本较高，改造后水质安全问题，本发明提供了一种低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法。本发明通过净水厂综合运行经济费用评价，运用优化处理单元手段寻找最佳运行参数，将净水厂水源水质、各工艺单元处理效果、出水水质指标及安全性等因素与水厂整体经济费用相结合，将生产废水联合回流实现强化低浊水混凝效率及节约水资源费，减少排污量的目标，对实施净水厂提标改造至关重要。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，包括如下步骤：

步骤一：调研净水厂水源水在不同季节时的水质、水量变化情况，对净水厂现有工艺处理效果和运行费用进行评价；

步骤二：在净水厂水源水满足低浊、低污染的条件下，对各工艺环节实施提升改造、补建、优化运行参数等措施；

步骤三：对实施改造方案后的净水厂出水水质、经济费用进行效益评价，实现节约运行成本的目标。

本发明的方法采用现场中试调试试验模型来实现，以模拟实际水厂运行现状。针对我国城市供水厂处理现状以及国家《节能减排综合性工作方案》中的实施水资源节约利用，提高自用水的利用效率、减少水耗、电耗、药耗的要求，本发明通过大量的调查分析，在确定城市供水厂节能潜力的基础上，运用多方面手段，从城市供水厂的水资源水质、处理规模、工艺流程和水质安全性等各个方面综合分析，提出常规供水厂能耗诊断模式。在确保水质、水量和经济因素与实际相符的条件下，本发明将生产废水联合回流实现强化低浊水混凝效率及节约水资源费，减少排污量的目标，对实施净水厂提标改造至关重要。

附图说明

图1为补建两座废水回收池的系统图。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供了一种低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，该方法由以下步骤实现：

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述方法的进一步说明。

步骤一中所述的水质变化情况具体指：根据搜集到的水厂长期运行监测资料生产报表，得到水量变化情况、原水及出厂水水质情况、药剂消耗情况、电耗情况及水耗情况等数据。其中，生产报表包括水源水质情况报表、水质统计报表、水厂用电情况报表、出厂水水质情况报表及生产情况报表。

步骤一中所述的水量变化情况指的是近2年（自评估开始，2年内的数据给出范围）的日平均供水量和水厂24h逐时处理水量。

本实施方式中所述的原水的水质情况具体指：根据近年来水源水浊度、色度、温度、pH等常规物理指标，UV₂₅₄、TOC、消毒副产物前驱物等有机物指标，以及铁、铝、锰等常规金属指标的变化范围、不同季节的变化规律。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述方法的进一步说明。

步骤一中所述的现有工艺处理效果具体指：净水厂现有常规工艺主要包含混合，混凝、沉淀、过滤、消毒，分析各个处理单元对浊度、有机物等指标的去除率以及最终出厂水中各类水质指标的控制范围，对混凝池排泥水、沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的水质特点进行分析。

本实施方式所述混合主要有机械混合和水力混合，水力混合包括管式静态混合器、水泵混合、扩散混合器、跌水（水跃）混合，以静态管道混合器为主，为大多数水厂所采用。

混凝：通过向处理水中投加混凝剂，使其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝而分离出来，以净化废水的方法；沉淀：利用重力沉降作用去除水中杂质的过程；过滤：借助粒状材料或多孔介质以去除水中杂质的工程；消毒：包括液氯消毒法、二氧化氯消毒法、臭氧消毒法、紫外线消毒法等消毒方式。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述方法的进一步说明。

步骤一中所述的运行费用具体指：净水厂运行费用主要涉及水厂化学药剂（混凝剂、消毒剂等）的消耗费用、机械设备的耗电费用、水厂自用水、水厂污泥及废水处置费用，并确定当年的单位水资源费、电费、混凝剂价格、消毒剂价格。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述方法的进一步说明。

步骤二中所述的低浊、低污染具体指：低浊度水源一般指浊度低于30NTU的地表水，其物理化学特征具有颗粒物浓度低、耗氧量低、碱度低、Zeta点位低、粘度高等特点。在低浊度水体中，颗粒物细小稳定、数量较少，同时微颗粒物表面的水化膜对其脱稳起到了一定的保护作用，使得低浊水成为较难处理的水体之一。我国北方冬季水源水处于低温低浊状态，因水体粘度增大、溶剂化作用增强剂混凝剂水解不充分等原因，加大了低温低浊水的难处理性；而南方地区低浊度水源水中大部分藻类含量较高。低污染指低浊水水质较好，COD_Mn低于3mg/L，氨氮、有机物、重金属、藻类等污染物很少，但更加难以去除。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述方法的进一步说明。

步骤二中所述的改造、补建、优化运行参数具体指：补建两座废水回收池，如图1所示，其中1^#储泥池用于收集沉淀池排泥水，2^#贮水池用于收集反冲洗废水；添加废水回流泵和回流管线，1^#储泥池和2^#贮水池的生产废水联合回流到原水管路，控制排泥水和反冲洗废水的废水回流比例，调节与原水混合后的混合水的浊度，强化混凝效率，从而达到节水、节药的目的；通过控制出厂水水质指标（以浊度为主）来优化混凝剂投加量及废水回用量。

本实施方式中所述储泥池和贮水池的容积确定：净水厂生产废水（以沉淀池排泥水和滤池反冲洗水为主）约占水厂自产水量的4～6%，其中沉淀池排泥水约占2～4%，反冲洗水约占4～6%。根据净水厂运行工艺规模，结合自身产水量，通过以下公式计算废水回收池容积：

。

其中1.5为安全系数，保证水池容积满足对回收废水量的储备。池中装设机械变频搅拌桨匀速搅拌，使沉淀池排泥水和反冲洗水浓度均匀并防止其颗粒物静沉，排泥水存储池的搅拌速度以不使得排泥水絮体破碎为宜，滤池反冲洗水贮水池的搅拌速度以液面不发生较大漩涡为宜。补建回流泵、回流废水管线，分别将两个废水收集池中搅拌均匀的生产废水按照一定比例一起回流至原水管中与原水混合重新进入常规水处理系统中并进入后续处理单元。

本实施方式中所述废水回流比例是指：在沉淀池排泥水和滤池反冲洗水一起回流时，可通过调节回流泵流量来控制废水回流配比，不同的废水回流配比对应不同的混合水浊度范围；所谓混合水浊度是指：回流废水、进厂原水和混凝剂三者混合后的浊度值，在不同季节中，由于受温度的影响，沉淀池排泥水的浊度（浓度或含固率）范围有着较明显差别，因此导致夏冬两季出现不同最佳混合水浊度范围值，夏季混合水浊度范围为100～175NTU，冬季混合水浊度范围为80～105NTU；所谓最佳混合水浊度范围是指：当改造后的工艺混凝剂投加量小于或等于改造之前常规工艺时的加药量条件下的混合水浊度范围。通过长期连续运行出水水质及储泥池中沉淀池排泥水水质变化来确定净水厂回流运行周期，即排泥周期，超过此运行周期后可能会产生沉淀池污泥腐化发臭或水厂出水水质恶化等现象，此时需进行排泥。

本实施方式中所述优化运行参数包括以下方面：废水回流比例的优化、混凝剂投加量的优化。其中废水回流比例的优化是指：通过控制沉淀池出水浊度在2.0～2.5NTU范围内的条件下，通过调节回流泵流量来实现不同废水回流配比，其中以投药量最少时定义为最佳回流配比，同时以混合说浊度作为净水厂混凝剂投加量的自变参数；混凝剂投加量的优化是根据混合水浊度而变，根据不同水厂实际运行时混合水浊度的范围适当调整投药量以保证沉淀池出水满足水厂控制指标。

本实施方式在净水厂提升改造过程中，以下因素会影响其预设的改进方案：

一、构筑物形式及设备类型：处理运行过程中的每个工艺单元都不可避免的会受到构筑物及相关设备的影响。根据不同的处理单元，其处理方式各不相同，涉及耗水、耗电、耗药的情况不同；同一工艺单元处理过程也会因为池型、处理设备的不同，而在水力条件、运行状态上产生差别，因此也会造成改进方案中耗水周期、耗水量的不同。所以，对于不同的工艺设备，其改进过程和控制运行方式也会个存在一定差异。

二、水质因素：天然地表水中，水质成分复杂，原水浊度、pH值、碱度和色度等水质指标随时间、空间变化频繁。在实际运行中，原水浊度的变化往往较大，而PH值、碱度和色度等水质因素的变化往往较小，甚至常年处于稳定状态。所以，影响改进控制技术的因素主要为原水浊度。此外，混凝剂、助凝剂等药剂的投加改变了原水水质结构及物理化学特性，使得水质在处理过程中不断变化，直到最终复合要求。同一城市供水厂在不同的时间或者不同的地域环境下，要保障出水水质达标，需要根据水质的特性设定处理系统的运行工况，从而实现各个处理单元的综合节能减耗。

三、水温影响：外部环境容易影响到地表水的状态，其中最主要的不可控制因素就是温度。不同时间、不同地域的城市供水厂的原水水温存在较大的差别，温度对处理系统的影响一般是通过改变助凝剂和混凝剂等的投加来控制，对排泥和反冲洗过程的运行控制产生影响。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述方法的进一步说明。

步骤三中所述的出水水质具体指：絮凝池混合水、沉淀池出水、滤池出水、消毒后出水的常规理化指标、有机物指标、重金属含量等指标。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述方法的进一步说明。

步骤三中所述的经济费用具体指：净水厂改造后的化学药剂(混凝剂、消毒剂等)的消耗费用、机械设备的耗电费用、水厂自用水、水厂污泥及废水处置费用、水厂改造费用。

步骤三中所述的效益评价具体指：各个处理单元出水及出厂水水质指标、水质安全评价和经济效益评价，将评定效益的结果与水厂改造前进行对比，当水厂改造后的出水水质或运行成本高于或等于改造前时，则返回执行步骤二，重新优化调试，寻找最佳运行参数，直到改造后的出水水质或运行成本高于或等于改造前为止。

本实施方式中所述水质安全评价是指：在净水厂实施改造后，通过长期连续性运行的结果分析，考察净水厂出水水质安全是否满足国家卫生安全标准，污染物指标是否有明显富集现象。在GB5749-2006中，已经逐项给出了106项水质指标上限值，虽然限定了各种有机物浓度，但是没有任何综合性指标，例如判断水中污染物综合毒性的指标等。因此，为探究污染物之间的协同作用对人体健康是否构成威胁，通过污染物遗传毒性试验来预测生产废水回用安全性。其中遗传毒性试验是指：分别从基因、DNA、染色体、生殖细胞层面进行Ames试验、SOS/umu、试验小鼠骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验、CHO-K1微核试验以及小鼠精子畸形试验研究，此方法快速、简单、经济，并能够预测化学物质的致癌性。

本实施方式中所述经济效益评价是指：通过对现有净水厂进行改造、补建后的常规工艺单元的运行方式和改造后引起净水厂制水成本、运行费用的变化进行计算，与未改造前进行对比。

Claims

1.一种低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述改造方法步骤如下：

步骤二：在净水厂水源水满足低浊、低污染的条件下，对各工艺环节实施提升改造、补建、优化运行参数措施；

2.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤一中，水质变化情况具体指：根据搜集到的水厂长期运行监测资料生产报表，得到水量变化情况、原水及出厂水水质情况、药剂消耗情况、电耗情况及水耗情况数据。

3.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤一中，现有工艺处理效果具体指：净水厂现有常规工艺主要包含混合，混凝、沉淀、过滤、消毒，分析各个处理单元对浊度、有机物等指标的去除率以及最终出厂水中各类水质指标的控制范围，对混凝池排泥水，沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的水质特点进行分析。

4.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤一中，运行费用具体指：净水厂运行费用主要涉及水厂化学药剂的消耗费用、机械设备的耗电费用、水厂自用水、水厂污泥及废水处置费用，并确定当年的单位水资源费、电费、混凝剂价格、消毒剂价格。

5.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤二中，改造、补建、优化运行参数具体指：补建两座废水回收池，其中1^#储泥池用于收集沉淀池排泥水，2^#贮水池用于收集反冲洗废水；添加废水回流泵和回流管线，将1^#储泥池？和2^#贮水池的生产废水联合回流到原水管路，控制排泥水和反冲洗废水的废水回流比例，调节与原水混合后的混合水的浊度，强化混凝效率，从而达到节水、节药的目的；通过控制出厂水水质指标来优化混凝剂投加量及废水回用量。

6.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤二中，低浊、低污染指浊度低于30NTU的地表水，COD_Mn低于3mg/L。

7.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤三中，出水水质具体指：絮凝池混合水、沉淀池出水、滤池出水、消毒后出水的常规理化指标、有机物指标、重金属含量指标。

8.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤三中，经济费用具体指：净水厂改造后的化学药剂的消耗费用、机械设备的耗电费用、水厂自用水、水厂污泥及废水处置费用、水厂改造费用。

9.根据权利要求1所述的低浊水源水净水厂节约运行成本的改造方法，其特征在于所述步骤三中，效益评价具体指：各个处理单元出水及出厂水水质指标、水质安全评价和经济效益评价，将评定效益的结果与水厂改造前进行对比，当水厂改造后的出水水质或运行成本高于或等于改造前时，则返回执行步骤二，重新优化调试，寻找最佳运行参数，直到改造后的出水水质或运行成本高于或等于改造前为止。