崔福義　石明巖 李良才
（哈爾濱建筑大學） （賓縣自來水公司）

　　摘　要：本文通過在賓縣水廠的生產性試驗，對水處理系統運行工況與費用的基本關系進行了研究，證實了最經濟沉淀水濁度的存在；試驗表明雖然該濁度值同原水水質條件相關，但變化幅度不大，在生產上實現高效經濟運行是可能的。同時發現在該廠的具體條件下，混凝劑費是影響運行費用的主要因素，降低混凝劑消耗是降低運行費用的關鍵。
　　關鍵詞：水處理；運行；經濟

　　研究給水處理系統的高效經濟運行技術，是保證水廠高效、安全、經濟供水的重要措施。為此，筆者在文獻[1、2]中，提出了給水處理系統高效經濟運行的基本策略，并通過實驗室小試對一些相關關系進行了初步的研究，認為以沉淀水濁度為基本參數控制水處理系統的運行條件，是實現高效經濟運行的基本要素，同時高效運行還受包括水質安全性在內的若干限制條件的約束。在此基礎上，本文擬通過在賓縣水廠的生產性試驗，更進一步研究高效經濟運行的一些相關問題。

1. 水廠概況

　　賓縣水廠位于黑龍江省，以二龍山水庫水為水源，水質（如濁度、水溫等）變化相對較緩，除暴雨季節出現的短暫高濁度外，原水濁度全年基本在10~150NTU范圍內變化。
　　該廠水處理系統設計能力為2×10⁴m³/d，實際供水量約為7×10³m³/d。水處理工藝流程為：初級串聯旋轉混合池——網格反應池——斜管沉淀池及小間距斜板沉淀池（兩池并聯）——普通快濾池。混凝劑為聚合鋁。該廠的水質目標是出廠水濁度不超過3NTU，常規運行方式為控制沉淀水濁度在7NTU左右。

2. 單元運行工況分析

　　為了考察該廠水處理系統的運行工況與費用的關系，自1996年起，在不同季節選擇各種水質條件進行生產性試驗。每組試驗中，原水水質參數基本不變，以改變混凝劑投加量的方法改變沉淀水濁度，在保證出廠水濁度合格的前提下，以不同的沉淀水濁度為控制目標運行，得到相應的各項單元運行數據。4組典型試驗的原水主要水質條件如表1（平均值）。

表1 試驗的原水水質條件一覽表

2.1 沉淀水濁度與混凝劑投量的相關性
　　 根據試驗數據繪制沉淀水濁度與混凝劑投加量的相關曲線（圖1），發現在原水水質一定時，投藥量與沉淀水濁度之間符合如下關系：

　　　　　　　　m=ks_-a （1）

　　式中 m—混凝劑投加量（mg/L）；
　　　　 s—沉淀水濁度（NTU）；
　　　　 k、a—與原水濁度、溫度和水處理流量等因素有關的系數。
　　例如對于第一組試驗，k為39.967，a為0.3211，回歸相關系數r=0.997。上述基本關系符合文獻[1]提出的變化規律，但對于系數值還應進行研究。

2.2 沉淀水濁度與沉淀池單位排泥水量的關系
　　在文獻^[1]中曾提出單位排泥水量q（%）（生產單位水量所消耗的排泥水量）同濁度差（原水濁度y-沉淀水濁度s）的關系式：

_q=k1(y-s)/C （2）

　　式中 C——排泥水濃度(kg/m³)；
　　　　 k₁——系數；
　　其余符號同前。
　　式（2）中的C值在生產上不易確定，而且可能受諸多因素影響而變化。本試驗結果表明（圖2），在該廠的水質及運行條件下，沉淀池單位排泥水量與濁度差的關系可以用下式表達：

　　　　　　　　　　　　　　q=0.0098e^0.0716(y-s)　　　（3）

　　相關系數r=0.988。

2.3　沉淀水濁度與濾池反沖洗用水量的關系
　　該水廠的濾池平均濾速為6.2~6.3m/h，反沖洗強度為11.1~11.3L/s.m²。根據過濾工藝單元優化的結果，確定最佳反沖洗歷時為5min。
　　對應于不同的沉淀水濁度條件，測定相應的過濾周期，如表2。試驗發現：沉淀水濁度不超過10NTU左右時，過濾周期由壓力周期決定；超過該濁度值后，過濾周期由水質周期決定。即當沉淀水濁度增加到一定程度時，濾層內的截污量增加迅速，水質周期短于壓力周期，成為決定過濾周期的控制因素。

表2 沉淀水濁度對過濾周期的影響

　　　　　　　注：有*號的數據為水質周期，其余為壓力周期

　　根據反沖洗歷時、反沖洗強度及過濾周期，可確定濾池的反沖洗耗水率，即濾池反沖洗用水量與產水量的比值，以L(%)表示。試驗得到不同沉淀水濁度下的L值，如圖3所示。可以發現，在壓力周期為控制周期的情況下，反沖洗耗水率隨沉淀水濁度的增加有緩慢增加，而且二者基本呈線性關系，該規律與小試結果是一致的^[2]；在以水質周期為控制周期的情況下，反沖洗耗水率增長迅速，偏離先前的線性關系。

3. 運行費用分析

3.1 原水水質不變情況下的運行費用關系
　　在此考慮水處理系統運行中主要的可變費用（以下簡稱可變費用），包括混凝劑費、沉淀排泥水費和反沖洗水費。該水廠的上述各項費用單價為：混凝劑2450元/t，排泥水0.235元/t，反沖洗水0.239元/t。結合前述單元工況分析結果，可以得到各種水質及工況條件下的可變費用變化情況。以第一組試驗結果為例，在原水水質基本不變的情況下，各單項費用曲線及合成費用曲線如圖4。
　　可以發現：1）在合成費用中，混凝劑費所占比例最大，起控制作用，因此，設法降低混凝劑費是減少運行費用的關鍵所在；2）沉淀池排泥水費所占比重最小，而且受沉淀水濁度的影響也較小；３）反沖洗水費隨沉淀水濁度的增加而增加，特別是在水質周期為控制周期的情況下增加迅速；４）合成費用曲線有極小值，當沉淀水濁度為10.6NTU時，可變費用最低，因而，該濁度值是在此條件下的最經濟沉淀水濁度。

3.2 水質條件對最低運行費用的影響
　　在不同的原水水質條件下重復上述試驗，可得到一系列的費用曲線以及相應的最經濟沉淀水濁度。將表1中的4組試驗結果列于表3中。

表3 不同水質條件下的試驗結果

　　由表1、3可以發現：1）在原水濁度相近時，水溫降低，最經濟沉淀水濁度升高（第1、2兩組試驗）；在原水水溫相近時，原水濁度升高，最經濟沉淀水濁度升高（第3、4兩組試驗），這一現象說明，需要混凝劑越多、越難處理的水質對應的最經濟沉淀水濁度越高；2）在試驗的水質范圍內，最經濟沉淀水濁度的變化幅度為2NTU（10.1～12.1NTU），可見對于該水處理系統而言，最經濟沉淀水濁度受原水水質影響不大，較為穩定。
3.3 優化運行與常規運行方式的比較
　　該水廠常規以沉淀水濁度7NTU為目標運行。將此常規運行條件下的可變費用與優化運行條件下的最低可變費用比較，以評價兩種運行方式的經濟效益（表4）。從表4中可以看出，優化運行方式較常規方式可以降低運行費用，可變費用節約率最高可達20%以上；優化運行方式的優越性在原水低溫或低濁期更為明顯。該水廠受北方氣候影響，原水低溫低濁期較長，因此，采用優化運行方式對于提高供水效益是很有意義的。

表4 優化方式與常規方式的經濟效益比較

4. 結論

　　1） 本生產性試驗研究證實，使運行費用最低的最經濟沉淀水濁度是存在的；
　　2） 對于該水處理系統而言，藥劑費在運行費用中占有相當大的比例，因此， 降低藥耗、減少藥劑費是降低運行費用的關鍵；
　　3）最經濟沉淀水濁度同原水水質有關，但在本研究范圍內變化幅度不大，在沉淀水濁度為10.1—12.1NTU的范圍內，都可以收到良好的效果，因此在生產上實現高效經濟運行是可行的。
　　本文的研究是針對特定的水廠、僅從滿足現行水質標準要求的角度進行的。若在水源水質受到較大污染的情況下，還需考慮按最經濟沉淀水濁度運行對水質安全性的影響，對此將專門論述。

參考文獻

　　[1] 崔福義等，給水處理系統高效經濟運行研究之一——策略與模式，哈爾濱建筑大學學報，1999.6；
　　[2] 石明巖等，給水處理系統高效經濟運行研究之二——相關關系的試驗研究，哈爾濱建筑大學學報，1999.6。