城市供水厂综合节水模型的应用研究

论文摘要

城市供水厂是国民经济中的重要基础设施,城市供水厂在生产自来水的过程中会消耗大量自用水。在现有的供水厂中,普遍存在水资源利用效率不高,浪费较严重的现象,因此我国城市供水厂具有较大的节水潜力。本文首先调查了我国不同地域城市供水厂的自用水消耗情况,总结耗水工艺的自用水消耗的规律、节水现状,提出经济有效的构筑物节水策略;其次,研究了建有生产废水回收处理系统的供水厂的运行规律,补充完善了城市供水厂综合节水模型;最后,在三个建有回收利用系统的供水厂开展了综合节水模型的应用研究,验证了模型的准确性、灵敏性和指导性。本研究对供水厂减少水资源消耗、节约能耗、降低生产成本等均具有促进意义。本文通过对收集到的中东部地区的47个供水厂自用水消耗情况的调查,分析了1)不同地域城市供水厂自用水消耗工艺单元的类型特点,自用水消耗特征,分析其影响因素;2)供水厂絮凝池和沉淀池的池型结构及排泥工况对水厂自用水耗水率的影响、排泥水含固率的影响;3)供水厂滤池的池型构造及反冲洗方式对反冲洗耗水率的影响、反冲洗效果的影响;4)现阶段城市供水厂建有自用水废水回用工艺的比例及工艺特点。调查结果表明:混凝池排泥水量较小,耗水率最低,排除东北地区低温低浊水投药量大的情况下,混凝池耗水率一般小于0.5%;沉淀排泥水量居中,耗水率一般在0.6%-3%的范围内;过滤反冲洗水的水量最多,一般要高于2.5%。平流沉淀池的耗水率在1.0%-3.0%之间,斜板斜管沉淀池耗水率0.5%-2.0%之间,采用机械排泥的沉淀池的耗水率小于采用重力排泥的耗水率。V型滤池的耗水率小于普快/双阀滤池。如果普快滤池改造成气水反冲洗之后,耗水率下降了将近1%。建有回用系统的供水厂分布不平衡,主要集中在经济比较发达的地区,并且大部分都采用直接回用。几个区域的对比分析发现,东北地区城市供水厂的耗水率平均值最高,可达6%,深圳地区的耗水率平均相对较低,约3%。在城市供水厂自用水消耗情况调研分析的基础上,深入研究了城市供水厂自用水主要消耗单元的优化节水策略,对原有的城市供水厂节水模型进一步完善,并且补充了对回用系统评定的内容。完善后的城市供水厂综合节水模型的三个基本模块为:（1）自用水现状综合评价模块,主要包括排泥水、反冲洗水耗水率的计算,回用水回用率的计算,以及处理单元耗水率的分析评价其节水潜力。（2）处理单元优化节水控制模块,该模块主要包括排泥单元的排泥周期、历时和排泥方式的优化,滤池反冲洗周期、历时和反冲洗方式的优化,以及回用单元的回用工艺选择和回用运行参数的优化。（3）改造后效益指标评定模块,主要包括改造前后水厂生产废水排放量的变化,引起的环境效益及经济效益的评定,以及对建有回用单元的城市供水厂,通过计算其节省水资源费用,消耗运行费用,来评定水厂回用单元的经济效益。在深圳地区S、L、M三个供水厂进行了城市供水厂综合节水模型的应用结果表明,通过调整工艺单元的运行参数,以及对主要耗水单元的运行调控,实现城市供水厂生产自用水综合减量化的目标。由于三个水厂的建设规模、回用系统的组成单元均有差异,因此对三个水厂的回用工艺进行经济效益对比评定,结果显示改造后M水厂取得的环境与经济效益最大,M水厂减少排泥水量470.41万m3/a,节约生产费用419.12万元/a,每生产一立方米水成本降低0.026元。L水厂回用工艺经济效益最明显,可以回收75.01%的自用水,每年为水厂节省126.43万元,制水成本降低0.025元/ m3。研究结果表明,在原水费用较高,长距离引水的地区,供水厂的设计建造宜采用回用工艺,不仅能节约60%以上的自用水,还可以为水厂解决带来较大经济效益。综合节水模型的进一步完善,充分体现了其生产应用功能性,准确、灵敏,极具指导性,模型的应用研究也进一步证明了其在供水厂生产中应用的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 水资源短缺
• 1.1.2 城市供水厂自用水现状
• 1.2 城市供水厂节水的现状综述
• 1.2.1 城市供水厂节水技术的研究现状
• 1.2.2 城市供水厂生产废水回收处理技术的研究现状
• 1.3 课题研究目的和意义
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 供水厂综合节水模型简介
• 2.1 建立综合节水模型的研究思路
• 2.2 供水厂综合节水模型简介
• 第3章 供水厂节水现状的调查及分析
• 3.1 调查内容概况
• 3.1.1 供水厂各工艺单元运行状态的调查
• 3.1.2 供水厂各工艺单元自用水的分类
• 3.2 影响供水厂自用水消耗的主要因素
• 3.3 供水厂主要工艺单元现状综合分析
• 3.3.1 絮凝池现状综合分析
• 3.3.2 沉淀池现状综合分析
• 3.3.3 滤池现状综合分析
• 3.3.4 回用系统现状分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 供水厂主要工艺单元优化节水控制
• 4.1 供水厂主要耗水单元工艺优化
• 4.1.1 絮凝工艺优化节水方式
• 4.1.2 沉淀工艺优化节水方式
• 4.1.3 过滤工艺优化节水方式
• 4.1.4 回用工艺优化节水方式
• 4.2 本章小结
• 第5章 模型应用研究
• 5.1 深圳地区S供水厂模型应用研究
• 5.1.1 S供水厂简介
• 5.1.2 自用水现状综合评价
• 5.1.3 主要处理单元优化节水
• 5.1.4 改造后效益指标评定
• 5.2 模型应用效果对比分析
• 5.2.1 三个水厂简介
• 5.2.2 耗水现状对比分析
• 5.2.3 节水改造效果对比分析
• 5.2.4 回用单元节水对比
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢