基于多线程运行控制的高效节能型净水工艺

路旭龙，崔建国，张　峰

（太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024）

基于多线程运行控制的高效节能型净水工艺

路旭龙，崔建国，张峰

（太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024）

华北地区某净水厂以当地水库水为水源，原水受到有机物污染，水质受季节影响变化较大。为应对上述水质问题采用高密度沉淀池—V型滤池—超滤—臭氧加活性炭吸附的工艺流程，但该工艺流程较长，运行能耗较高。针对季节和水质变化，以供水安全可靠为前提，高效节能为目标，提出了水厂运行的多线程工艺流程。经节能评估，运行改进后可节能23.96%。

净水厂；长流程；多线程运行；节能

随着工业化的不断发展，净水厂的原水水质不断恶化，尤其是面对微污染水源，净水厂的常规处理工艺已经不能满足我国最新的生活饮用水卫生标准（GB 5749—2006），为应对上述情况，现行的净水厂一般会在传统工艺的基础上增加预处理工艺和深度处理工艺〔1〕。随着新标准的实施，长流程处理工艺变得非常普遍，而净水厂处理单元增加后能耗较高问题随之出现〔2〕。净水厂在实际运行中，进水水质随着季节、温度、水源地情况变化而变化，所以如何在保证净水厂出水水质的前提下最大限度地实现节能运行成为当前急需解决的问题。基于此，以华北地区某净水厂为例，提出基于现代控制系统的净水厂多线程工艺流程，以水质安全和节能为目标，实现对净水厂不同进水水质的高效处理，实现净水厂节能运行。

1　净水厂概况

净水厂位于华北某市区，该区境内气候温和，年平均气温7.6℃左右，年内1月份最冷，气温在零下7℃至8℃；7月份最热，气温在22℃左右。从1971年～2000年多年降水量资料如表1所示。

表1　　多年平均气温及降水量

由表1可见，1年之内，该区域的降水量分配很不均匀，汛期主要集中在7、8月份并且多以暴雨形式出现。尤其是8月份降水量最大，达到117.7mm，占全年总降水量的24.76%；最大冻土深度为1.06 m。

净水厂设计规模为40 000 m3/d，水源来自距该市城区约38km的一座水库水电站出口尾水。该水库大坝坝址控制流域面积1174m2，总库容9820万m3，年平均径流量4 616万m3。设计向该市供水1 500 万m3/a，输水管总长度38 268 m，管径DN 800 mm，设计流量为0.66 m3/s。

国家城市供水水质监测网在该水库取样化验，共分析项目95项，监测结果除总氮、石油类外，其他检测项目结果均符合《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类标准。水质评价成果如表2所示。

表2　　水库水质评价成果

由表2可见，总氮1.48 mg/L，超过标准值0.48 mg/L，超标倍数达0.48倍；石油类为0.08 mg/L，超过标准值0.03 mg/L，超标倍数为0.6倍。从水库及上游干流近3年水质变化情况看，未来有机物水质指标和总氮存在着逐步恶化的趋势。

由上述资料分析可以发现：

每年1、2、12月份气温最低，平均气温达到零下4℃以下，而降水量为全年最少只有3～4 mm。此时净水厂的原水为低温低浊水，而且有机物浓度最高。每年7、8月份气温为全年最高，平均气温达到20℃，而降水量为全年最高，达到100 mm以上。当在洪水期时净水厂原水浊度为最高，而有机物浓度随着水量的急剧增大而变小。每年3～6月份，净水厂原水浊度逐渐升高，而有机物浓度逐渐变小。每年9～11月份，净水厂原水浊度逐渐降低，而有机物浓度逐渐升高。

2　净水厂工艺选择

通过对原水水质分析得出，影响水质变化的因素主要有有机物、总氮、水温和浊度。在运行中主要根据以上因素来选择不同净水工艺流程。常规的高密度沉淀池加V型砂滤池可以有效去除悬浮态和胶态的有机物，而对溶解态有机物去除效果较差〔3〕。臭氧接触氧化加活性炭吸附工艺利用活性炭物理吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解3种机理同时对原水进行处理，可以有效去除水中的溶解态有机物和总氮〔4〕。

为应对冬季原水低温低浊的情况，可以采用超滤的物理处理来应对化学法效果差的情况。而在夏季原水浊度较高时可以通过适当加大高密度沉淀池的投药量和使用超滤来作为应对策略〔5-6〕。

最后确定净水厂采用在高效的高密度沉淀池和发展较为成熟的V型砂滤池的传统处理工艺后采用超滤和臭氧接触氧化加活性炭吸附作为深度处理工艺的组合，实现对原水的高效、节能处理。处理工艺流程如图1所示。

图1　　处理工艺流程

3　净水厂多线程工艺流程

净水厂在调节水池前、V型滤池后设置在线水质监测仪表对有机物、总氮、水温和浊度进行实时监测。

根据进水水质的不同情况确定出如下4种运行流程。在实际运行中根据水质监测仪表测得实时数据自动判断原水水质类型实时自动变换处理流程。避免了人为经验判断的误差，实现净水厂运行的精细化管理。多线程工艺运行流程如表3所示。

表3　　多线程工艺运行流程

4　多线程运行控制节能评估

根据净水厂各处理单元设备情况，对单线程和多线程运行控制时各种工艺设备全年的用电情况分别进行了详细的分析与计算。

多线程运行控制净水厂工艺设备用电量统计如表4所示。

表4　　多线程运行控制净水厂工艺设备用电量统计

由表4可见，净水厂采用多线程运行控制其工艺设备全年耗电量为882万kW·h。而净水厂采用单线程运行控制其所有工艺设备全年工作天数均为365 d，全年耗电量将达到1 160万kW·h。通过多线程运行控制净水厂全年节约用电23.96%。

5　结论

（1）面对当前水源水质污染日趋严重的形势，净水厂长流程水处理工艺已成为必然。

（2）通过多线程工艺运行体系结构可实现据不同进水水质和水温来选择相应高效节能的净水路径，在保证供水安全的前提下实现净水厂节能、高效运行。

（3）为避免重复建设和增加改造费用，建议在净水厂设计阶段应考虑到在保障水质的前提下充分体现节能运行的设计理念。

［1］左金龙.微污染水源水水质特点及其处理工艺选择［J］.中国给水排水，2012，28（16）：15-18.

［2］常江，杨岸明，甘一萍，等.城市污水处理厂能耗分析及节能途径［J］.中国给水排水，2011，27（4）：33-36.

［3］黄海真，王娜，陆少鸣.给水处理工艺中有机物选择性去除研究［J］.水处理技术，2009，35（9）：91-93.

［4］罗晓鸿，曹莉莉，王占生.不同分子量的有机物在净水工艺中的去除研究［J］.中国环境科学，2004，18（4）：341-344.

［5］陶润先，陈立，刘景艳，等.在线混凝/超滤工艺处理低温、低浊源水的研究［J］.中国给水排水，2011，27（9）：67-70.

［6］李圭白，梁恒，瞿芳术.城市饮水生物致病风险控制技术发展的历史观［J］.给水排水，2013，39（11）：1-5.

Highly efficient and energy-saving water treatment process based on multi-thread operation control

Lu Xulong，Cui Jianguo，Zhang Feng
（College of Environmental Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

The local reservoir water is used as source water by a water treatment plant in North China，but the raw water has been polluted by organic pollutants and being affected by seasonal variations，the water quality changes greatly.In order to solve the water quality problem stated above，the process flow.including high density sedimentation tank-V-filter-hyperfiltration-ozone and activated carbon adsorption，is used.However，its disadvantages are long process flow，high investment，and high energy consumption.Aiming at the variations of seasons and water quality，the security of water supply is considered as the pre-condition，and efficient energy-saving as the goal.The process flow of waterworks multi-threaded technology is proposed.After the operation improvement，the assessment on energy-saving shows that 23%of energy can be saved.

water treatment plants:long process flow；multi-threaded operation；energy-saving

TU991.2

B

1005-829X（2016）01-0103-04

山西省高等学校大学生创新创业训练项目

路旭龙（1989—），硕士。E-mail：luxulong@126.com。通讯联系人：崔建国，博士，教授。E-mail：afh2005@163.com。

2015-11-26（修改稿）