[發明專利]一種基于彈性理論的混凝劑投加量確定方法及加藥系統

有效

• 申請號: 202111370390.8
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN113880211B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 李偉;王俊奇;辛慧宇;段晉明
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C02F1/52
• 分類號: C02F1/52
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發明公開了一種基于彈性理論的混凝劑投加量確定方法及加藥系統，屬于飲用水處理領域。在最優投加量(使消毒副產物(DBPs)等水質指標達到最大去除效率)和經濟投加量(使出水水質達到水質標準的最低投加量)兩者之間取得平衡。通過評價消毒副產物形成勢(DBPFP)與水質指標之間的關系，最終確定UV₂₅₄為最合適的DBPs表征指標，相關系數均在0.93以上。同時，本發明還并進行了成本效益分析，結果表明，本發明所提出的方法相對于最優投加量節省了三分之二的混凝劑，即本發明所提出的混凝劑經濟最優投加量可廣泛應用于生活飲用水處理工藝中，且能夠經濟、有效地控制有機物和DBPs的形成。

技術領域

本發明屬于飲用水處理領域，涉及一種基于彈性理論的混凝劑投加量確定方法及加藥系統。

背景技術

混凝/絮凝是傳統飲用水處理系統的重要組成部分，其設計目的是將原水中少量可溶性或不溶性固體(如細顆粒、膠體)聚合成大型絮凝體，通過后續沉淀和過濾去除。在實際應用中發現，某些可溶性雜質如溶解的金屬和天然有機物(NOMs)也可以通過吸附或沉淀的方法部分去除。1976年，美國國家癌癥研究所發表了氯仿與癌癥的聯系結果，氯仿是消毒劑氯與NOMs反應形成的消毒副產物(DBPs)之一，到目前為止，已經確認了700多個DBPs，一些主要類型的DBPs(如三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs))已在許多國家納入水質監管。NOMs是DBPs形成的主要貢獻者，因此DBPs前驅物的去除在飲用水處理中越來越重要。在過去的幾十年里，對混凝機理及影響混凝效率的因素進行了深入的研究，證明了混凝劑的種類和用量會對水處理設施的雜質去除率有顯著影響。由于鋁和鐵鹽其成本低、效率高、對人體無殘留有害影響，目前仍是世界上應用最廣泛的混凝劑。在水處理設施中，成品水質和處理成本很大程度上與常規混凝劑的投加量有關，因此在飲用水處理廠(DWTPs)中混凝劑投加量的確定方法尤為重要。

燒杯實驗是一種經濟可靠的優化混凝操作的測試技術，已有100多年的歷史。在一些早期的研究中，常以混凝后懸浮液的沉降速率、過濾性能以及沉淀后上清液或過濾后的濾液中殘留濁度或色度，作為優化混凝劑投加量的標準。在一定投加量范圍內，隨著混凝劑投加量的增加，溶解性有機碳(DOC)的去除率和254nm處紫外吸光度(UV₂₅₄)的去除率均呈現先升高后趨于穩定的趨勢。在燒杯實驗中，通常選擇達到去除率最大的最低劑量的混凝劑投加量作為最優值。但是，通過對實驗室混凝劑投加量和實際生活飲用水處理設施投加量的對比分析，發現兩者存在明顯的差異。例如，Chen和Dong(2017)報告稱，在處理某湖泊的原始水樣時，實驗室中使用的PACl(聚合氯化鋁)最優劑量為8(mg Al)/L(Chen和Dong2017)。然而，位于同一城市的三個實際飲用水處理廠使用的典型混凝劑投加量僅約為1.8(mg Al)/L(Maqbool et Al.2020)。這種結果可能是由不同的處理標準造成的：實驗室研究人員致力于盡可能降低雜質的濃度，而飲用水處理廠的操作人員則專注于以最低的成本達到飲用水質量標準即可。毋庸置疑，盡可能的提高飲用水質量對人們更加有益，但提高質量的同時也應考慮水處理成本。

混凝劑投加量在飲用水處理中的使用與成品水質和處理成本有很大關系，如何選擇合適的投加量已成為水廠面臨的關鍵問題之一。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中，飲用水處理中混凝劑用量不能同時滿足雜質去除率高和成本低的缺點，提供一種基于彈性理論的混凝劑投加量確定方法及加藥系統。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種混凝劑經濟最優投加量的確定方法，包括如下步驟：

步驟1)基于實時的混凝劑投加量和預設的混凝劑投加量最大值，進行歸一化處理，得到歸一化混凝劑投加量數據集；

步驟2)基于實時的混凝劑投加量及預設的混凝劑投加量最大值，計算得到對應的雜質去除率，進行歸一化處理，得到歸一化雜質去除率數據集；；