一種城市供水廠綜合節水的控制方法

2023-04-23 08:46:41 1

專利名稱：一種城市供水廠綜合節水的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種建立城市供水廠節水系統的方法，屬於水廠節水技術領域。
背景技術：
我國是一個水資源缺乏的國家，隨著經濟發展和人民生活水平的提高，用水量不 斷增加，供需矛盾日趨擴大，節約用水問題，是目前水處理各項研究的主題工作。城市供水 廠自用水量一般約佔總供水量的5% 8%，但我國大部分城市供水廠的實際自用水量消 耗較大，浪費較嚴重，具有較大的節水潛力。 目前，城市供水廠節水研究工作主要針對水廠生產廢水的安全回用處理，以及單 個工藝單元的控制節水模式及技術。但這些研究成果缺乏系統性和關聯性，城市供水廠處 理系統節水關鍵技術研究不足。因此，通過城市供水廠綜合節水評價，在集成供水廠節水技 術基礎上，運用系統優化手段，將水廠的水源水質、處理規模、工藝流程和水質安全性等因 素與經濟因素相結合，綜合分析城市供水廠生產自用水減量化潛力，系統、全面地研究節水 型工藝、設備和運行控制方式的關鍵技術，對實施城市供水廠節水至關重要。

發明內容
本發明為解決現有的城市供水廠的節水系統存在的缺乏系統性和關聯性、節水的 關鍵技術缺乏系統理論研究的問題，提供一種城市供水廠綜合節水的控制方法，該方法由 以下步驟實現 步驟一 確定工藝單元的耗水率，對淨水工藝和回收處理系統耗水現狀進行評價， 確定城市供水廠是否具備節水挖潛的能力； 步驟二在城市供水廠具備節水潛力的條件下，確定回收處理系統優化節水關鍵 環節和關鍵點，對所述關鍵環節和關鍵點實施提高節水能力的控制技術；重新確定城市供 水廠的耗水率，實現綜合節水。 本發明的方法採用計算機來實現，從而實現了城市供水廠的節水系統的自動控制 過程。 本發明根據城市供水廠實際生產的耗水率以及同樣處理系統下經驗性節水的耗 水率，並對兩者進行比較，完成節水潛力的判定，在確定城市供水廠具備節水挖潛能力的前 提下；確定城市供水廠節水關鍵技術環節和關鍵點；針對關鍵技術環節和關鍵點提高節水 能力的控制技術；從而實現城市供水廠生產自用水綜合減量化的目標。 本發明的有益效果本發明以綜合效益為目標，建立城市供水廠的綜合節水的處 理方法，本發明提出評價節水現狀技術以及系統優化節水技術，實現節水、節藥、節能的綜 合平衡。在確保水質、水量和經濟因素的情況下，提供節水型城市供水廠的運行方案，對於 實際生產具有一定指導意義。


圖1是本發明自用水消耗方式中控制排泥歷時的示意圖，其中橫坐標表示時間，參 數是秒s，縱坐標表示總固體，單位是克每升g/L ;圖2是本發明提出自用水消耗方式中確定 排泥周期示意圖，圖3是本發明自用水消耗方式中確定排泥設備運行方式示意圖，圖4是自用 水消耗方式中確定反衝洗時間示意圖，圖5是自用水消耗方式中確定反衝洗周期示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一 一種城市供水廠綜合節水的控制方法，本實施方式由以下步驟 實現 步驟一 確定工藝單元的耗水率，對淨水工藝和回收處理系統耗水現狀進行評價， 確定城市供水廠是否具備節水挖潛的能力； 步驟二在城市供水廠具備節水潛力的條件下，確定回收處理系統優化節水關鍵 環節和關鍵點，對所述關鍵環節和關鍵點實施提高節水能力的控制技術；重新確定城市供 水廠的耗水率，實現綜合節水。
具體實施方式
二 本實施方式是對具體實施方式
一所述的一種城市供水廠綜合節 水的控制方法的進一步說明，步驟一中所述的耗水率的計算方法由公式一表示公式一:耗水率=|^||乂100% 式中所述淨產水量是根據城市供水廠處理系統實際運行中的淨產水量；自用水量 是指排泥水量與反衝洗水量的和減去上清液水量所獲得的自用水量。 本實施方式所述自用水量中的排泥水量是指在沉澱單元和混凝單元的運行過程 中，在池底會產生積泥，為了不影響工藝單元的出水水質或水力條件，需要定期將池底的汙 泥排出池外，池底汙泥含水率較高， 一般在90%以上，在排出汙泥時，伴隨著大量的排泥水 的流出；
所述的排泥水量根據日排泥水量來計算，所述日排泥水量由公式二表示
公式二 日排泥水量-一次排泥水量x』^Hx工藝單元個數
排泥周期
式中的排泥周期取其實際運行時的定值；
公
公式中的一次排泥水量由公式三獲得
公
式三一次排泥水量=X V X Z Xf 式中D表示吸泥管內徑，單位是mm ;v表示吸泥管內水流流速，單位是m/s ;Z表示 吸泥管根數；t表示吸泥機運行一次時間，單位是s。 本實施方式所述自用水量中的反衝洗水量是指過濾單元對水質的淨化功能是依 靠濾料的截留、黏附、吸附等作用，隨著工藝的不斷運行，濾料存在含汙能力飽和的問題，需 要對濾料進行反衝洗，從而清除其所截留的汙物，使其恢復過濾能力，在反衝洗的過程中， 需要消耗大量的反衝洗水； 所述反衝洗水量根據日反衝水量獲得，所述日衝水量由公式四表示為
公式四日反衝洗水量-一次反衝洗水量x^^^x工藝單元個數；
反衝洗周期 其中，反衝洗周期取其實際運行時的定值； 根據反衝洗的運行參數建立一次反衝洗水量的計算式由公式五表示
公式五一次反衝洗水量=qXtXs， 式中q表示反衝洗強度，單位是mV(s *m2) ;t是反衝洗時間，單位是s ;s是反衝 洗面積，單位是m2。 本實施方式所述自用水量中的上清液水量分別指在優化節水關鍵環節中，對自 用水消耗單元的回收利用處理單元中的回收利用水均可視為上清液。所述回收利用處理單 元中的水質情況分為較好的自用水廢水和較差的自用水廢水，所述較好的自用水廢水，通 過調節池後，可採取直接回用的方式使用上清液；對於水質情況較差的自用水廢水，需要通 過調節、沉澱、濃縮後，泥水分離回產生水質情況較好的上清液，再提升至配水井與原水混 合回收利用。 所述的上清液水量由公式六表示
公式六上清液水量=E Qi X R 式中Qi表示各個工藝單元自用水量，單位是m、R表示回用比例，單位是X。
所述的回收利用處理單元在處理節水過程中採用處理後回收利用，對於已經建成 投產的城市供水廠而言，受到經濟條件或場地條件所限，增加回用處理構築物具有較大的 困難，則可考慮直接回用，研究自用水廢水直接回用對混凝沉澱單元是有影響的，應該在保 障水質安全的前提下，確定自用水廢水優化節水回收利用比率。
具體實施方式
三本實施方式是對具體實施方式
一所述的一種城市供水廠綜合節 水的控制方法的進一步說明，步驟一所述的對淨水工藝和回收處理系統耗水現狀進行評價 具體指城市供水廠實際運行的耗水率與確定的經驗節水範圍內的耗水率進行對比，確定 城市供水廠的自用水現狀，對城市供水廠處理系統的自用水消耗情況、節水潛力進行評價。
本實施方式所述的確定經驗節水耗水率的評價標準為將城市供水廠處理系統的 耗水率的3X定義為經驗節水範圍，此時的自用水量消耗較小，定義為A類系統；城市供水 廠處理系統耗水率為3 5%時，則其具有一定的節水改造空間，定義為B類系統；耗水率 超過5 8 %的城市供水廠處理系統，定義為C類系統，則其水資源浪費較為嚴重，必須對其 進行節水改造。根據多年的研究及同行業城市供水廠的實際生產經驗表明，在保障安全供 水的前提下，可將城市供水廠處理系統的耗水率控制在3 5%左右。因此，從實際生產的 角度出發以確定節水的評價標準。
具體實施方式
四本實施方式是對具體實施方式
一所述的一種城市供水廠綜合節 水的控制方法的進一步說明，步驟一所述的城市供水廠具備節水潛力的條件是指城市供 水廠的自用水消耗大、並經過改造之後能夠大幅度降低自用水消耗的單元，所述自用水消 耗的單元是指沉澱單元、過濾單元或回收利用處理單元。
具體實施方式
五本實施方式是對具體實施方式
一所述的一種城市供水廠綜合節 水的控制方法的進一步說明，步驟二所述的節水關鍵點是指城市供水廠運行過程中的具體 運行操作點，所述運行操作點具體為沉澱池的排泥形式、排泥的操作方法、排泥水的沉降 性能、濾池的反衝洗方式、反衝洗時間和反衝洗周期。
具體實施方式
六本實施方式是對具體實施方式
一所述的一種城市供水廠綜合節 水的控制方法的進一步說明，步驟二所述的對關鍵環節和關鍵點實施提高節水能力的控制 技術是指對自用水的消耗方式進行控制，所述自用水的消耗方式是指排泥水或反衝洗水兩 種優化節水方式。 分別對本實施方式所述的兩種方式進行分析和研究，確定工藝設備運行時的優化 節水控制技術。
具體實施方式
七結合圖1、圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式是對具體實 施方式六所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法的進一步說明，本實施方式是對自用 水消耗方式中的排泥水的優化節水方式進行優化 其優化過程為通過研究排泥水過程中排泥水總固體含量的變化趨勢，確定最佳 的排泥歷時，參見圖1 ;排泥環節的排泥過程的變化趨勢是基本相同的自排泥開始，排泥 水總固體濃度迅速增加，短時間內出現最大值，即峰值；所述排泥水總固體濃度迅速降低至 時間點Tl後趨向平穩，變化不再明顯。所以，時間點Tl可以視為採用排泥水優化節水方 式優化節水排泥歷時的結束點。在實際情況中，由於進水濁度的高低影響排泥水高濁度期 的長短。因此，要測定不同水質期的排泥水總固體濃度，建立進水濁度及排泥歷時的關係曲 線，需要確定不同進水濁度條件下的時間點Tl ; 本實施方式根據排泥周期變化對沉澱池出水濁度的影響，確定優化節水的排泥運 行周期，參見圖2 ;設定兩組工藝單元平行運行，保持系統1的排泥周期為原固定值，延長系 統2的排泥周期，每延長一次排泥周期，系統均穩定運行兩個周期，測定兩組系統的沉澱出 水濁度，對比排泥周期對工藝單元出水濁度的影響。系統2的沉澱出水濁度和系統1的沉 澱出水濁度之差要求小於0. 5NTU。通過系統1與系統2的對比，確定節水優化的排泥周期 在時間點T2，系統2的出水濁度明顯高於系統l的出水濁度，說明系統2設置的排泥周期 對沉澱出水產生明顯影響，因此不能採用時間點T2，只能採用小於T2的時間點作為排泥周 期。在時間點T3，雖然系統1的出水與系統2的出水沒有明顯差別，但是如果此時發生排泥 不暢的情況，排泥周期取時間點T3。 本實施方式通過研究工藝單元池底汙泥積泥情況，提出排泥設備優化節水運行的 控制方式，參見圖3 :根據確定的池底積泥情況變化臨界點X，提出各種排泥設備的優化節 水運行方式，所述優化節水運行的方式可以為分速運行方式或者分段運行方式
分速運行——0 X段汙泥濃度較高，吸泥機、刮泥機的運行速度相對放慢一些， 穿孔管排泥閥的開啟時間相對延長；X 1段汙泥濃度較低，吸泥機、刮泥機的運行速度可 適時的提高一些，穿孔管排泥閥的開啟時間相對縮短。 分段運行——0 X段積泥較多，X 1段積泥較少，可設定吸泥機、刮泥機在對
0 X段往返二或三個行程後，再沿0 1全程運行排泥一次；可設定穿孔管調整排泥閥開
啟次數，O X段排泥閥開啟二或三次後，再0 1全程排泥閥開啟一次。
具體實施方式
八結合圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式是對
具體實施例方式
六所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法的進一步說明，本實施方式對自用水的消耗
方式中的反衝洗水的優化節水方式進行優化； 所述反衝洗水的優化節水過程分別從控制反衝洗時間和控制反衝洗周期兩方面 進行說明
從控制反衝洗時間的角度進行說明通過研究反衝洗排放水濁度隨時間變化 的特性，確定濾池的節水運行技術，參見圖4 :參照《城鎮供水廠運行，維護及安全技術規 範》(CJJ58-94)並保證反衝洗的效果，判斷反衝洗乾淨的標準為反衝洗排放水濁度低於 10NTU。根據反衝洗排放水濁度曲線，當反衝洗排放水濁度低於IONTU，確定反衝洗後期反衝 洗水利用率較低的時間點T4，將其確定為經濟的反衝洗時間，從而可縮短反衝洗時間，節約 反衝洗水量，降低耗水率。 從控制反衝洗周期的角度進行說明首先對濾池出水濁度進行監測，通過延長濾 池運行周期，實現減少濾池反衝洗次數，節省反衝洗水量，參見圖5 ;通過出水濁度測定試 驗，可將反衝洗周期延長，直至過濾單元出水受到明顯影響，或接近國家規定的出水標準， 結合圖5中時間點T5所示，所述濾後出水濁度的範圍在0. 8NTU—1. ONTU，將此時的反衝洗 周期確定節水優化的反衝洗周期。 本實施方式在原反衝洗水優化節水方式的基礎上，對原有反衝洗水優化過程提出 了一些改進措施採用中、低強度水反衝洗加表面衝洗裝置以加強反衝洗；利用脈衝水塔 或脈衝泵等對濾池進行脈衝式反衝洗。這些措施均能達到節約反衝洗用水量，降低耗水率， 改善衝洗效果及增強截汙能力的效果。
具體實施方式
九本實施方式是對具體實施方式
一的所述的一種城市供水廠綜合 節水的控制方法的區別在於，本實施方式還包括步驟三對綜合節水改造後帶來的效益進 行評定；所述效益評定是對環境效益的評定和經濟效益的評定，將評定效益的結果與節水 改造前進行對比，當節水改造後的耗水率高於或等於節水改造前的耗水率時，則返回執行 步驟一和步驟二，重新調整耗水率，直到節水改造後的耗水率低於節水改造前的耗水率為 止。 本實施方式所述的節水改造後帶來的效益主要是圍繞耗水率的變化，以及耗水率 引起的其它指標的變化，進行前後評定，實施改造後，城市供水廠處理系統的運行參數會有 一定的變化，工藝單元運行參數的變化直接影響到耗水率，實現節水運行的目標，帶來一定 的社會效益；耗水率的變化引起水資源、投藥量、電能源的變化，結合城市供水廠運行消耗 情況以及當地經濟情況，評定產生的經濟效益。
具體實施方式
十本實施方式是對實施方式九所述的一種城市供水廠綜合節水的 控制方法的進一步說明，所述的環境效益評定是指首先確定節水改造後的運行參數，然後 根據耗水率的計算方法來計算節水改造後各個工藝單元及處理系統的耗水率和自用水量； 與節水改造前的對比，從而實現環境效益的評定。
具體實施方式
十一 本實施方式是對實施方式九所述的一種城市供水廠綜合節水 的控制方法的進一步說明，所述的經濟效益評定是指通過對節水改造後由耗水率、自用 水量的變化所引起的城市供水廠制水成本、運行費用的變化進行計算，從而實現經濟效益 的評定；根據實際城市供水廠近年的生產水平，按照消耗方式，分別確定單位自用水量的水 耗、電耗、藥耗，以及當地的單位水耗、電耗、藥耗的費用，再與節約的自用水量相乘，進行羅 列計算，從而最終得出節約的生產費用。
本發明在自用水消耗過程中存在各種外界條件，主要因素為 —、水質天然地表水中，水質成分複雜，原水濁度、pH值、鹼度和色度等水質指標 隨時間、空間的變化往往是頻繁的。在實際運行中，原水濁度的變化往往是頻繁的，而pH值、鹼度和色度等水質因素的變化往往較小，甚至常年處於穩定狀態。所以，考察水質因素 對自用水消耗的影響主要就是指原水濁度所造成的影響。此外，混凝劑、助凝劑等藥劑的投 加改變了原水水質結構及物理化學特性，使得水質在處理過程中不斷變化，直到最終符合 要求。同一城市供水廠的不同時期或者不同地域的不同城市供水廠，為保障出水水質達標， 都需要根據水質的特性設定處理系統的運行工況，從而使各個工藝單元的自用水消耗情況 有所不同。 二、水溫天然地表水易受外部環境的影響，其中，溫度就作為一個不可控制因素 而存在。不同時期、不同地域的城市供水廠原水水溫具有較大的差異，溫度對處理系統的影 響一般是通過改變混凝劑、助凝劑等的投加來控制，從而改變了排泥水和反衝洗水的情況， 間接的對上清液回用也有一定影響。 三、工藝設備由於構築物及相關設備的影響，處理系統運行過程中處理效果、水
力條件等必然受到影響，從而影響各個工藝單元消耗自用水的情況，根據不同的工藝單元，
其處理過程也會不同，涉及自用水的情況自然不同；對於同一工藝單元，當池型不同時，相
應的工藝單元的水力條件、運行狀態是有差別的，其自用水一次耗水量、耗水周期也將不
同；即使是同一工藝單元的同一池型，當耗水設備不同時，其消耗的自用水在水質、水量上
也都不相同。所以，不同工藝設備的城市供水廠之間，其耗水率具有一定的差異。 本發明以建立城市供水廠綜合節水的處理方法，對實現城市供水廠節能減排具有
促進意義。本發明針對我國城市供水廠自用水現狀，以及國家《節能減排綜合性工作方案》
中的實施水資源節約利用，提高自用水利用效率、減少自用水量消耗的要求，通過大量的調
查分析，在確定城市供水廠節水潛力的基礎上，運用多方面的手段，將城市供水廠的水源水
質、處理規模、工藝流程和水質安全性等因素納入城市供水廠節水關鍵技術的研究，並且通
過實際城市供水廠的示範研究，為建立城市供水廠的綜合節水處理指導生產實踐，提供基
本的研究模式。
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權利要求
一種城市供水廠綜合節水的控制方法，其特徵是，該方法由以下步驟實現步驟一確定工藝單元的耗水率，對淨水工藝和回收處理系統耗水現狀進行評價，確定城市供水廠是否具備節水挖潛的能力；步驟二在城市供水廠具備節水潛力的條件下，確定回收處理系統優化節水關鍵環節和關鍵點，對所述關鍵環節和關鍵點實施提高節水能力的控制技術；重新確定城市供水廠的耗水率，實現綜合節水。
2. 根據權利要求1所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法，其特徵在於，步驟一 中所述的耗水率的計算方法由公式一表示公式一 formula see original document page 2淨產水量 ，式中所述淨產水量是根據城市供水廠處理系統實際運行中的淨產水量；自用水量是指排泥水量與反衝洗水量的和減去上清液水量所獲得的自用水量。
3. 根據權利要求1所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法，其特徵在於，步驟一 所述的對淨水工藝和回收處理系統耗水現狀進行評價具體指城市供水廠實際運行的耗水 率與確定的經驗節水範圍內的耗水率進行對比，確定城市供水廠的自用水現狀，對城市供 水廠處理系統的自用水消耗情況、節水潛力進行評價。
4. 根據權利要求1所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法，其特徵在於，步驟一 所述的城市供水廠具備節水潛力的條件是指城市供水廠的自用水消耗大、並經過改造之 後能夠大幅度降低自用水消耗的單元，所述自用水消耗的單元是指沉澱單元、過濾單元或 回收利用處理單元。
5. 根據權利要求1所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法，其特徵在於，步驟二 所述的節水關鍵點是指城市供水廠運行過程中的具體運行操作點，所述運行操作點具體 為沉澱池的排泥形式、排泥的操作方法、排泥水的沉降性能、濾池的反衝洗方式、反衝洗時 間和反衝洗周期。
6. 根據權利要求1所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法，其特徵在於，步驟二 所述的對關鍵環節和關鍵點實施提高節水能力的控制技術是指對自用水的消耗方式進行 控制，所述自用水的消耗方式是指排泥水或反衝洗水兩種優化節水方式。
7. 根據權利要求1所述的一種城市供水廠綜合節水的控制方法，其特徵在於，該方法 還包括步驟三對綜合節水改造後帶來的效益進行評定；所述效益評定是對環境效益的評 定和經濟效益的評定，將評定效益的結果與節水改造前進行對比，當節水改造後的耗水率 高於或等於節水改造前的耗水率時，則返回執行步驟一和步驟二，重新調整耗水率，直到節 水改造後的耗水率低於節水改造前的耗水率為止。
全文摘要
一種城市供水廠綜合節水的控制方法，涉及節水技術領域，它解決現有的城市供水廠的節水系統存在的缺乏系統性和關聯性、節水的關鍵技術缺乏系統全面的研究的問題，它的具體步驟為步驟一確定工藝單元的耗水率，對淨水工藝和回收處理系統耗水現狀進行評價，確定城市供水廠是否具備節水挖潛的能力；步驟二在城市供水廠具備節水潛力的條件下，確定回收處理系統優化節水關鍵環節和關鍵點，對所述關鍵環節和關鍵點實施提高節水能力的控制技術；重新確定城市供水廠的耗水率，實現綜合節水。本發明廣泛應用於城市供水廠的綜合節水領域。
文檔編號E03B1/02GK101787722SQ201010119260
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者姜金鑫, 崔福義, 徐勇鵬, 王文相 申請人:哈爾濱工業大學