小议城镇给水厂的运行及优化管理
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作者: 邱一青 刘 帅
摘 要:本文通过城镇给水厂运行和管理,阐述了运行和管理城镇给水厂的过程中提高水资源利用效率,节约水资源提出了对应的措施,并且从给水厂中能源消耗的主要途径简要分析节约能源和降低消耗的可行方法。
关键词:给水厂;提高水资源效率;节能降耗;运行管理
前言
城镇给水厂是建设经济中的重要基础设施,水资源以及能源在经济发展中十分重要,因此在各个行业都要注重如何提高水资源利用效率,降低能源消耗。城镇给水厂在生产过程中会消耗大量的水,一般称为自用水。在现有的给水厂中,普遍存在水资源利用效率不高,能源消耗大以及成本较高的问题。这几个方面问题是工程管理人员的实际问题,一直以来也是科研人员十分关注的问题。以往在管理和科学研究当中,更加单方面注重经济效益分析,减少能源消耗和降低成本,而忽视了给水厂本身的水资源利用效率问题。其实,优化的管理应该将节约水资源,减少能耗,降低成本三个方面结合在一起形成一个立体的有机结构。
1 提高水资源的利用效率
给水厂的供水量等于取水量与自用水量之差。一般而言,给水厂自用水主要由絮凝池排泥水,沉淀池排泥水和滤池反冲洗水组成。虽然目前对于这个方面的研究不多,但是自用水的确是不少的水资源量,一般可以占生产水量的3%～10%。陶辉等[1]提出了减少无效排泥和减少无效反冲洗的措施,并且在实践中取得了较好的效果。设计和运行良好的絮凝池产生的泥相对沉淀池而言要少一些,因为沉淀池的主要功能是完成泥水分离,因此,沉淀池底部的积泥既要及时排出,否则会影响泥水分离的效果和沉淀池出水口的水质,排泥时要注意周期和步骤,拿平流沉淀池来说,一般情况下,沉淀池前半段积泥会比较多,后半段积泥相对会减少,排泥车和排泥阀排泥时可考虑前半段周期短一点,后半段周期长一点。滤池合理的反冲洗不仅可以延长滤料的使用寿命,也是确保滤池功能的关键,目前冲洗方式有按时间周期反冲洗,和按水头损失反冲洗,通常采用的三种反冲洗方式有:单独水冲洗,表面冲洗相辅的水冲洗,气水反冲洗。从节省自用水方面看,按水头损失确定反冲洗周期相对按时间周期反冲洗要省水一些,但要注意的是须避免出现多个滤池同时冲洗的情况,多个滤池同时反冲洗,可能会造成滤后水不达标,从而影响出厂水质。对于现有的工艺,可以采用新的运行管理。就排泥用水量来说,可以进一步确定合理的排泥频率。因为频繁的排泥并不能明显提高出水水质,反而会降低水资源的利用效率。当然,也不能一味的追求解决水资源而影响了絮凝池的功能和沉淀池中泥水分离的效果。对于现有的工艺与设备,反冲洗的方式一般是固定的,工程人员应该确定合理的冲洗频率和强度,在保证出水水质和滤池功能的前提下,使用最少的冲洗频率和合理的冲洗强度。
当然,另一个重要方面就是技术改造和创新。技术的改造和创新要建立在现有的基础之上,因为基础设施的使用寿命长,要在充分论证和试验以及经济分析之后采用新的工艺。无论是对现有设备采取新的运行方式,还是对现有设备和技术进行改造,都要建立在具体的情况之上。
2 减少能源消耗
电力能源的消耗是给水厂生产成本的最主要部分。减少能耗主要从技术和优化运行两个方面入手。提升泵站的取水扬程偏高,一方面会造成电耗增加,另一方面会对水泵叶轮造成危害。应该按照泵站进出水池设计水位差,并且满足泵站设计流量要求[2]。许高智等[3] 就水厂节能提出了水泵改型更新,水泵调速节能和供水经济运行节能3个措施。水泵改型更新的实质是通过水泵工况点效率来实现节能的,原来实际运行工况离高效区越远,水泵改型后的节能效果越显著。恒压调速是由两个因素实现节能的:①提高水泵效率;②减少用阀门节流引起的压力损失,对于同一台水泵而言,流量越少,恒压调速的节能效果越好。就文中的3种方法比较而言,水泵改型更新的节能潜力巨大,节能效果好,投资回收快,可针对水泵运行偏离高效区的工况进行测算,实施更新。水泵调速节能的效果显著,但是一次性投资大,要对水量变化大或供水量明显偏小的水泵进行技术经济分析。供水经济运行节能是通过加强供水管网的平差分析之后进行的。
如何优化调度现有的水泵实现最优化的管理也是实际工程和科研中的一个热点问题。王圃等[4]就国内外的泵站优化调度方法综述有较详细的论述。本文就一个主要的方法简述如下:Pul W.Jowitt等人将线性规划运用于制定水泵24h内的最优化运行时间安排。将所有水泵的耗电量设为各台水泵的运行时间,水量等的线性函数,将系统的特性系数,各水泵的极限流量和扬程作为约束条件,求解该函数的最小值以达到能耗最小。KeithW. Little和Brian J.McCrofdden等采用了混合整数线性规划求解相似问题。S.Pezeshk的适应性搜索最优化方法每一次循环都将泵和管道特性系数更新一次,而且加入一系列新的最优泵,从而产生一个新的更节能的泵组合形式。从水泵可能的各种组合运行中选择合理的组合,这是一个建立在数学模型之上的优化问题。通常采用等微增率法和动态规划法求解。等微增率法是一种传统的优化方法,一般要求优化问题的目标函数具有连续性,可微性和单峰性,但它仅给出最优化问题的必要条件,并且遇到泵站机组特性曲线较复杂,机组台数较多的情况,该方法有一定的困难。动态优化法是将优化问题分步分解,分阶段作出决策,从而使得整个过程达到最优。此外,学者也提出了很多其他改进的方法。国内学者对于泵站的优化调度运行也有一系列的成果并且应用于实践。铁志毅[5]利用遗传算法优化了大型泵站的优化调度运行,并且认为遗传算法作为一种高效的全局搜索方法,对问题求解表现出了较强的能力,具有高效实用的显著特点,适合作为解决供水系统优化调度问题中调速泵站子系统调度方案优化计算的算法基础。
3 降低生产成本
在水厂运行成本中,电耗,药耗和氯耗是非常重要的组成部分。本文中,电耗作为能源消耗已经在上一个问题中阐述了。因此,避免不必要的药耗和氯耗的浪费也是降低自来水生产成本的一个重要环节。部分水厂自动加药系统运行中存在加药不稳定,计量不准确等问题。因此必须对加药(氯) 系统进行改进。
①要采用更合理的投加方式,目前推广的加药方式是采用密闭罐体的密闭投加,并且用计算机控制计量泵的自动投加。
②要根据自身情况,合理地、准确地投加药物。这样才能在满足水质要求的前提下,使生产成本最低。
4 结语
给水厂的科学运行和管理是一个系统的工程。本文提出的三个方面包括:提高水资源利用效率,减少能源消耗和降低生产成本。其实,这三个方面是一个有机的整体,在提高水资源利用效率的同时(比如,减少反冲洗的频率) 也减少了能耗,降低了生产成本。要充分认识到节约水资源、节能降耗的重要性并在实际生产和科研中进一步探讨更有效的方法。
参考文献
[1]陶辉,王毅,韩伟,等.城镇给水厂节水策略及效益分析[J]. 给水排水,2007.
[2]潘春华. 浅谈给水厂技术节能改造措施[J]. 资源与环境,2005.
[3]许高智,姚卫东. 给水厂的节能措施[J]. 可再生能源,2008.
[4]王圃,龙腾锐,陆柯,等. 城市给水处理厂能耗研究进展[J].给水排水,2005.
[5]铁志毅. 遗传算法在厦门市江东泵站优化调度中的应用[J].中国给水排水,2006.
[6]唐明启,叶国和. 温州市藤桥水厂取水头部简介[J].2008.
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