一种基于弹性理论的混凝剂投加量确定方法及加药系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于弹性理论的混凝剂投加量确定方法及加药系统，属于饮用水处理领域。在最优投加量(使消毒副产物(DBPs)等水质指标达到最大去除效率)和经济投加量(使出水水质达到水质标准的最低投加量)两者之间取得平衡。通过评价消毒副产物形成势(DBPFP)与水质指标之间的关系，最终确定UV

【技术实现步骤摘要】
一种基于弹性理论的混凝剂投加量确定方法及加药系统


[0001]本专利技术属于饮用水处理领域，涉及一种基于弹性理论的混凝剂投加量确定方法及加药系统。

技术介绍

[0002]混凝/絮凝是传统饮用水处理系统的重要组成部分，其设计目的是将原水中少量可溶性或不溶性固体(如细颗粒、胶体)聚合成大型絮凝体，通过后续沉淀和过滤去除。在实际应用中发现，某些可溶性杂质如溶解的金属和天然有机物(NOMs)也可以通过吸附或沉淀的方法部分去除。1976年，美国国家癌症研究所发表了氯仿与癌症的联系结果，氯仿是消毒剂氯与NOMs反应形成的消毒副产物(DBPs)之一，到目前为止，已经确认了700多个DBPs，一些主要类型的DBPs(如三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs))已在许多国家纳入水质监管。NOMs是DBPs形成的主要贡献者，因此DBPs前驱物的去除在饮用水处理中越来越重要。在过去的几十年里，对混凝机理及影响混凝效率的因素进行了深入的研究，证明了混凝剂的种类和用量会对水处理设施的杂质去除率有显著影响。由于铝和铁盐其成本低、效率高、对人体无残留有害影响，目前仍是世界上应用最广泛的混凝剂。在水处理设施中，成品水质和处理成本很大程度上与常规混凝剂的投加量有关，因此在饮用水处理厂(DWTPs)中混凝剂投加量的确定方法尤为重要。
[0003]烧杯实验是一种经济可靠的优化混凝操作的测试技术，已有100多年的历史。在一些早期的研究中，常以混凝后悬浮液的沉降速率、过滤性能以及沉淀后上清液或过滤后的滤液中残留浊度或色度，作为优化混凝剂投加量的标准。在一定投加量范围内，随着混凝剂投加量的增加，溶解性有机碳(DOC)的去除率和254nm处紫外吸光度(UV
254
)的去除率均呈现先升高后趋于稳定的趋势。在烧杯实验中，通常选择达到去除率最大的最低剂量的混凝剂投加量作为最优值。但是，通过对实验室混凝剂投加量和实际生活饮用水处理设施投加量的对比分析，发现两者存在明显的差异。例如，Chen和Dong(2017)报告称，在处理某湖泊的原始水样时，实验室中使用的PACl(聚合氯化铝)最优剂量为8(mg Al)/L(Chen和Dong2017)。然而，位于同一城市的三个实际饮用水处理厂使用的典型混凝剂投加量仅约为1.8(mg Al)/L(Maqbool et Al.2020)。这种结果可能是由不同的处理标准造成的：实验室研究人员致力于尽可能降低杂质的浓度，而饮用水处理厂的操作人员则专注于以最低的成本达到饮用水质量标准即可。毋庸置疑，尽可能的提高饮用水质量对人们更加有益，但提高质量的同时也应考虑水处理成本。
[0004]混凝剂投加量在饮用水处理中的使用与成品水质和处理成本有很大关系，如何选择合适的投加量已成为水厂面临的关键问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中，饮用水处理中混凝剂用量不能同时满足杂质去除率高和成本低的缺点，提供一种基于弹性理论的混凝剂投加量确定方法及加药系
统。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种混凝剂经济最优投加量的确定方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1)基于实时的混凝剂投加量和预设的混凝剂投加量最大值，进行归一化处理，得到归一化混凝剂投加量数据集；
[0009]步骤2)基于实时的混凝剂投加量及预设的混凝剂投加量最大值，计算得到对应的杂质去除率，进行归一化处理，得到归一化杂质去除率数据集；；
[0010]步骤3)对归一化混凝剂投加量和归一化杂质去除率数据集进行拟合，计算得到弹性区间和非弹性区间；
[0011]步骤4)基于弹性区间和非弹性区间，建立混凝
‑
沉淀
‑
过滤处理过程中混凝剂投加量对DBPs指标去除的影响模型，计算得到混凝剂经济最优投加量。
[0012]优选地，步骤3)的具体过程为：
[0013]以归一化混凝剂投加量为横轴，即x轴，归一化杂质去除率为纵轴，即y轴，进行拟合，得到y关于x的函数关系式y＝a(1
‑
e
‑
bx
)，
[0014]然后求y对x的一阶导数，得到记作ε，即ε＝abe
‑
bx
；
[0015]其中，x能使ε＝1的点即为弹性区间和非弹性区间的分界点，x为实时或归一化的混凝剂投加量，y为x对应的杂质去除率，a，b为常数，由实时或归一化得数据集拟合结果确定，ε为y对x的一阶导数。
[0016]优选地，步骤4)具体为：
[0017]通过一系列的实验，对比各项水质指标与DBPs的相关性，得到水质指标UV
254
和DBPFP的线性关系最好，最终确定以UV
254
作为DBPFP的表征指标，建立混凝剂投加量对DBPs指标去除的影响模型。
[0018]优选地，步骤2)中，杂质去除率为254nm的紫外吸光度下的杂质去除率。
[0019]优选地，杂质去除率的计算方法具体为：
[0020][0021]式中：C0为杂质初始值，C为杂质在不同混凝剂投加量下的测量值。
[0022]一种给水处理混凝剂自动加药系统，包括依次连接的原水、混合器和沉淀过滤池；
[0023]混合器设有两个进口端，一个进口端与原水的出口端连接，另一个进口端连接有用于投加混凝剂的药剂投加泵；
[0024]还包括前反馈控制单元、后反馈控制单元和PLC控制单元；
[0025]前反馈控制单元安装在原水的输出端；PLC控制单元与药剂投加泵电连接；后反馈控制单元安装在沉淀过滤池的输出端。
[0026]优选地，前反馈控制单元包括流量仪和第一浊度测量仪；
[0027]其中，流量仪、第一浊度测量仪的输入端均设置在原水和混合器的连接管路上，流量仪、第一浊度测量仪的输出端均与PLC控制单元的输入端连接。
[0028]优选地，后反馈控制单元包括第二浊度测量仪，第二浊度测量仪的输入端和沉淀
过滤池的输出端连接，第二浊度测量仪的输出端与PLC控制单元的输入端连接。
[0029]优选地，第一浊度测量仪由浊度测量器和UV探头电连接组成。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]本专利技术公开了一种混凝剂投加量的确定方法，在最优投加量(使消毒副产物(DBPs)等水质指标达到最大去除效率)和经济投加量(使出水水质达到水质标准的最低投加量)两者之间取得平衡。通过评价消毒副产物形成势(DBPFP)与水质指标之间的关系，最终确定UV
254
为最合适的DBPs表征指标，相关系数均在0.93以上。同时，本专利技术还并进行了成本效益分析，结果表明，混凝剂经济最优投加量的剂量约占混凝剂最优投加量剂量的33％，可使UV
254
的去除率(R
UV254
)达到最优投加量去除率的79％，因此本专利技术所提出的方法相对于最优投加量节省本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝剂经济最优投加量的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)基于实时的混凝剂投加量和预设的混凝剂投加量最大值，进行归一化处理，得到归一化混凝剂投加量数据集；步骤2)基于实时的混凝剂投加量及预设的混凝剂投加量最大值，计算得到对应的杂质去除率，进行归一化处理，得到归一化杂质去除率数据集；；步骤3)对归一化混凝剂投加量和归一化杂质去除率数据集进行拟合，计算得到弹性区间和非弹性区间；步骤4)基于弹性区间和非弹性区间，建立混凝
‑
沉淀
‑
过滤处理过程中混凝剂投加量对DBPs指标去除的影响模型，计算得到混凝剂经济最优投加量。2.根据权利要求1所述的混凝剂经济最优投加量的确定方法，其特征在于，步骤3)的具体过程为：以归一化混凝剂投加量为横轴，即x轴，归一化杂质去除率为纵轴，即y轴，进行拟合，得到y关于x的函数关系式y＝a(1
‑
e
‑
bx
)，然后求y对x的一阶导数，得到记作ε，即ε＝abe
‑
bx
；其中，x能使ε＝1的点即为弹性区间和非弹性区间的分界点，x为实时或归一化的混凝剂投加量，y为x对应的杂质去除率，a，b为常数，由实时或归一化得数据集拟合结果确定，ε为y对x的一阶导数。3.根据权利要求1所述的混凝剂经济最优投加量的确定方法，其特征在于，步骤4)具体为：通过一系列的实验，对比各项水质指标与DBPs的相关性，得到水质指标UV
254
和DBPF...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，王俊奇，辛慧宇，段晋明，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：