碳中和背景下水厂混凝剂自动投加系统的应用_李家耀.pdf
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1、净水技术,():供排水企业运行及管理成果专栏李家耀,何嘉莉,戴紫云,等 碳中和背景下水厂混凝剂自动投加系统的应用 净水技术,():,():碳中和背景下水厂混凝剂自动投加系统的应用李家耀,何嘉莉,戴紫云,刘瑾科(东莞市水务集团供水有限公司,广东东莞)摘 要 水厂的药剂在运送和生产过程中会排放二氧化碳,过量的药剂投加会增加污泥的产量,同时会增加污泥处理处置过程中的碳排放量,合理控制加药量有利于水厂践行低碳路径。将优化的混凝剂自动投加系统应用于某中型水厂实际生产中,采用分阶段开展的方式进行了长达半年的混凝剂自动投加试验,对比了混凝剂自动投加系统与人工经验投加的运行情况。在实际运行当中,分阶段投入使用
2、混凝剂自动投加系统能有效保障水厂的供水安全。试验结果表明,混凝剂自动投加系统的投入节约了 的混凝剂用量,在正常及汛期水质情况下均可确保出水水质稳定。试验期间待滤水浑浊度平均值低于 ,且出厂水中铝的含量低于手动投加方式,具有显著的水质提升效果以及经济效益,且污泥产量明显降低。研究结果为大中型水厂混凝剂自动投加系统的应用提供了示范和参考。关键词 碳中和 中型水厂 混凝剂 自动投加 分步推进 浑浊度中图分类号:文献标识码:文章编号:():,(,)(),收稿日期 通信作者李家耀(),男,硕士,主要从事给水技术研究,:。碳达峰、碳中和是我国未来发展的战略目标,并逐步成为各行各业的关注重点。随着我国人口增
3、长和经济的日益发展,居民生活用水需求增加,对水质要求也越来越高,供水行业的碳排放量也随之增加。在“双碳”背景下,供水企业践行低碳路径,应做到高效生产、低能耗运行,包括提高设备能源效率、合理控制药耗以及完善能源管理体系。混凝是水厂中最关键的工艺,合理控制混凝剂,不仅有利于保障供水安全,同时有利于减少生产药剂在运送和生产过程中的碳排放量,具有举足轻重的作用。混凝剂投加不足容易导致出厂水浑浊度超标,同时影响后续的工艺运行。相反,混凝剂投加过量时,从经济角度看,会明显提高水厂的制水成本;从工艺角度看,一定程度上增加污泥量,会加大污泥处理处置中的碳排放量,并存在出厂水中铝离子超标的风险。因此,准确控制混
4、凝剂投加量是水厂高效生产的标准之一。图 水厂混凝剂自动投加系统 目前,关于水厂建立混凝剂自动投加系统实施精准投加已有相关的研究,然而由于实际条件的限制,尚未得到很好的普及,大多数自动投加系统未能实现长期稳定运行,难以评估药耗。卢友杰研究了集前馈、模型以及反馈的投加模式,可以随水质水量差异实现自动加药,不仅稳定了水质,同时降低了成本。邹振裕等收集并分析原水浑浊度数据,将其和混凝剂投加量两者建立关系式,优化了沙口水厂混凝剂的投加方式。何嘉莉等在处理规模为 的制水生产线中搭建数学模型并开展试验,模型中涉及的数据包含了原水、待滤水的浑浊度以及混凝剂投加量,整体运行稳定,处理效果好,且基本无需另行投入成
5、本。苏宇宸等开发了基于分布式水下监测器和机器视觉技术的絮凝反应效果监测系统,出水浑浊度波动幅度降低了,絮凝剂投加量减少了。唐德翠等成功建立两种混凝剂投加量数学模型,模型运用了机理法、差分进化参数辨识法,有效化解了混凝剂投加因人而异的问题。本文以某中型水厂为研究对象,基于实现混凝剂自动投加的目的,开展了长达半年的混凝剂自动投加试验工作,结合历史数据将数学模型写入优化的混凝剂自动投加系统中,同时收集试验期间的数据,分析了系统运行情况及其效果,核算了混凝剂自动投加系统在实际应用中的投入产出。该试验为大中型水厂混凝剂自动投加系统的应用提供了示范和参考。混凝剂自动投加系统的应用.系统搭建模型、原水监测系
6、统、混凝剂投加系统、待滤水监测系统、可编程逻辑控制器()系统是水厂混凝剂自动投加系统五大组成部分。其中,原水监测系统包括流量计、原水浊度仪、流动电流检测()仪,混凝剂投加系统包括药池、液位计、投矾泵、投矾流量计、压力计。试验水厂供水规模为 万 ,原水取自 江,供水范围涉及市内多个镇区,采用网格絮凝池、平流沉淀池、型滤池、消毒接触池、下叠式清水池的工艺,现场搭建情况如图 所示。原水流量计和原水浊度仪安装在原水管道上,在静态混合器前投加混凝剂,与原水混合后进入网格絮凝池和平流沉淀池,沉淀后的待滤水通过出水管流入下一个工艺净 水 技 术 ,段,待滤水浊度仪安装在出水管段上。药池上安装了液位计,并附带
7、液位报警系统,药池通过管道将矾液输送至投矾泵,投矾泵的出液处配置有投矾流量计以及压力计。首先在 系统上根据已拟合的模型进行编程,再将各监测系统接至 控制系统,此时系统即可自动获取原水的数据,相应的混凝剂投加量通过已写入的数学模型自动计算,投矾泵根据自动计算出的投加量调整工作参数,实现自动投加,通过待滤水浑浊度反馈投加效果。.系统优化为增加混凝剂自动投加系统的安全性,安装了原水浊度仪报警系统。由于原水中杂质较多,存在取样泵取到较多杂质的水样或管路堵塞的情况,当原水浊度仪测值出现突变(偏差)时,系统会发出浑浊度异常报警,提醒值班人员使用便携式浊度仪复核浑浊度,并确认浊度仪是否出现故障。如确认浊度仪
8、故障,则切换至手动设置投加量,待原水浊度仪恢复后再切换至自动投加模式。除了保障原水浑浊度数据的真实性和准确性外,投矾泵的实际瞬时投加量是否准确也是重要的影响因素。由于现有工艺中已安装投矾流量计,在确保流量计数据在合理误差范围的情况下,通过投矾流量计的瞬时流量换算实际投矾量,将其与模型自动计算的投矾量进行实时比较。为此,增加了数据偏差大的报警系统,当实际投矾量与自动投矾量之间相差较大(超过),且持续时间大于,系统发出异常报警。此时应以投矾泵实际投矾量为准,同步通知维修人员现场对投矾泵进行检查,巡查人员通过现场观察沉淀池矾花情况判断投药量是否合适,若网格絮凝池存在细小絮体,末端和平流沉淀池入口处未
9、形成明显的泥水分离现象,池面明显浑浊且待滤水浑浊度超过 ,则需要通过手动调整投加系数以保证正常生产。.数学建模提取 组完整数据进行初筛,并进行初步回归分析。删除标准化残差绝对值大于 的离散数据,再进行二次建模。根据上述方法,去除不符合数据 组,符合条件的 组数据(总数据的)拟合最终模型。结果如式()。.|()其中:混凝剂的自动投加量,;原水浑浊度,。经分析,试验水厂的原水水质指标、待滤水浑浊度等与混凝剂投加量的相关性较差,因此,模型暂不将上述指标作为自变量。拟合优度 .,复相关系数.,回归系数的显著性检验(检验)以及回归方程的显著性检验(检验)中,显著性水平均小于.,可以认为建立的模型有效。后
10、续也将更加关注各项指标,持续跟踪试验水厂的水质数据,不断调整优化模型。运行情况.开展阶段水厂承担着居民生活用水的重任,且试验期间处于夏季,正值用水高峰期,为保障供水需求和安全,将混凝剂自动投加系统开展试验的工作分为 个阶段,实行分步推进。第一阶段为间歇性试验阶段,第二阶段为全天候试验阶段,第三阶段为长期运行阶段。开展间歇性试验,可在保障正常供水的前提下,对混凝剂自动投加系统应用的可行性进行初步验证,试验时间为每天:,试验组设计规模为 万 ,持续时间共计一个月。全天候试验可进一步验证混凝剂自动投加系统的稳定性,试验期间 运行,试验组设计规模为 万 ,持续时间共计 个月。长期运行通过持续监测并记录
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