小型水厂工艺系统优化设计

水利经济，第 !" 卷第 # 期，!$$# 年 % 月 中国科技核心期刊 ［作者简介］刘盛（&%’(—），男，甘肃白银人，工程师，主要从事水利水电工程勘测 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 工作。 小型水厂工艺系统优化设计 刘 盛 （白银市水电勘测设计院，甘肃 白银 )"$%$$） ［摘要］针对农村小型水厂设计中水厂工艺系统投资所占投资比重较大的现状，结合平川水厂工艺 系统设计，提出采用决策树法进行优化设计。 ［关键词］水厂；工艺系统；优化设计；决策树 ［中图分类号］*($’ +" ［文献标识码］, ［文章编号］&$$"!%#&&（!$$#）$#!$$!)!$! ! 工程概况 平川水厂位于甘肃省白银市平川区东北部。供 水范围为城郊宝积、陡城 ! 乡的 && 个行政村，受益 面积 ( !!$ -.!。现状人口 "/ !’# 人，设计人口为 (# )’$人。工程取水水源从白银市华电供水公司的 原水管接出。设计供水规模 " $$$ ." 0 1，年均供水总 量 /( 2!! 万 ."，属于小（3）型水厂。供水形式为自来 水入户，配水管网布置为树枝状。设一级取水泵房 &座，水厂内设机械搅拌澄清池、无阀滤池、清水池 及二级泵房各 & 座，中途设加压泵房 & 座，管网总长 度 %! 2$! 4.，于 !$$( 年 # 月通过竣工验收。工程概 算静态总投资为 & $’) 2/% 万元，其中水厂部分为 !/! 2"!万元（工艺系统为 !!# 2#( 万元，附属建筑物 为 #’ 2)/ 万元），工艺系统占总投资的 !& 2&!5。可 见，在农村供水工程中，水厂工艺系统所占的投资比 重较大，设计经济合理与否，在很大程度上影响着工 程的投资额度。因此，重视并做好水厂工艺系统优 化设计在农村供水工程中有着十分重要的意义。 " 水厂优化设计 " +! 水厂各种净水构筑物组合 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 比选 " +! +! 净水构筑物类型 净水构筑物主要分 ! 种类型："混凝沉淀处理 构筑物，包括机械搅拌澄清池、脉冲澄清池、水力循 环澄清池等；#过滤构筑物，包括无阀滤池、虹吸滤 池、双阀滤池、普通快滤池等［&］。 " +! +" 清水池及二级泵房类型选择 根据高程布置上的要求，净水构筑物相应配合 的清水池和二级泵房可按 ! 种类型选择："当过滤 池采用无阀或虹吸滤池时，由于池身较高，池末水头 损失较小，因此后续的清水池埋深浅，挖填土方量和 施工费用较低，二级泵房可以采用地面式，称为 , 型。#当采用双阀过滤池或普通快滤池时，由于阻 力大，系统水头损失大，故清水池须深埋，二级泵房 可以采用半地下式，称为 6型。 " +! +# 机械搅拌及脉冲澄清池选择 机械搅拌和脉冲澄清池分高位、低位 ! 种。由 于无阀和虹吸滤池池身较高，相应要求提高机械搅 拌和脉冲澄清池的出水水位，故配用高水位；当与其 他形式的滤池组合时，因其池身较低，澄清池水位可 相应降低，故配用低水位。 平川水厂工艺系统设计根据上述构筑物类型、 适用条件及流程配合等，组合了 &$ 种方案，并画出 决策树［!］，见图 &。 " +" 单体净水构筑物基建费用、年经营费用和年 成本 " +" +! 基建费用 各单体净水构筑物基建费用设计中均以钢筋混 凝土结构为基点，按常规布置，考虑了保温措施和地 基处理，材料价格系按甘肃省现行预算价格计算。 " +" +" 年经营费用 根据水厂运行方式、设备及工艺要求等，主要考 虑了 # 项费用。 （&）工作过程中水头损失所需的能耗。各种净 水构筑物在工作过程中都需要消耗一定的水头，如 机械反应的摩阻和动能损失、沉淀池布水、配水系统 的损失等。设计中参照甘肃省靖远县东湾水厂运行 统计资料、常规布置等，估算各构筑物的水头损失； 同时考虑了 ,、6型清水池因埋深不同而产生的一 ·)!·网上投稿信箱：!!7 ""# $ %&# $ ’( 网址："))*：! +++ $ +,)%-%’.(./0’1 $ .-2 电话：$!#!/")/’"#$ 万方数据 图 ! 平川水厂构筑物型选择决策树及计算 级取水泵房扬程变化引起的水头损失，按其水头损 失和生产水量折算为电能费用。各构筑物水头损失 见表 !。 表 ! 各构筑物水头损失估算值 构筑物名称 水头损失 " # 机 械 脉 冲 水 力 无 阀 虹 吸 双 阀 普 通 清水池 $型 %型 & ’(& ) ’&& * ’&& ) ’&& ) ’&& ) ’(& ) ’(& ! ’(& * ’&& （)）机电设备的能耗费用。考虑了机械搅拌、机 械刮泥、冲洗、真空泵及电动阀门等设备，按其设备 功率和设定的工作时间计算。 （*）药剂费用。在混凝沉淀处理工艺的年成本 中，混凝剂加注量的多少是衡量混凝沉淀构筑物经 济与否的关键因素之一。而加注量的多少除与构筑 物类型选择有关外，主要还是取决于原水质、水温等 因素。设计中根据有关给水设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，结合邻近甘 肃省靖远县东湾水厂的实测资料，计算出混凝剂加 注量，计算结果见表 )。 表 ) 混凝剂加注量（计算采用值） 沉淀（澄清）池形式 混凝剂加注量 "（#+·, - !） 机械 . ’&& 脉冲 !! ’&& 水力 !* ’&& （/）大修理费用。各构筑物的大修理费用统一 按基建费用的 ! ’01计算。 （(）滤池冲洗费用。滤池冲洗费用仅计算差异 部分，主要考虑了 ) 个因素：无阀、虹吸滤池的冲洗 水量略大于其他类型的滤池；双阀、普通快滤池要求 的冲洗水头高于其他滤池，由此引起的费用一并计 入年经营费用内。 ! 2! 2" 年成本 年成本 3 基建费用 4 !" 5 年经营费用 !" # $（! % $）& （! % $）& ’ ! 式中：!" 为等额系列资金回收系数；$ 为标准投资 收益率，((；& 为计算年限，)& 6。 经计算 !" 3 & ’&7& )/。根据以上计算原则和方 法，计算出各单体净水构筑物的基建费用、年经营费 用和年成本，结果见表 *。表中费用未考虑辅助性 建筑物、二级泵房电费、消毒设备和消毒药剂、管理 人员工资及水厂总体布置等项费用。 ! 2" 方案优化的方法及比选 方案优化方法采用决策树法［)］。所谓决策树就 是将各方案的基建费用和年经营费用，按标准投资 收益率，考虑复利因素后，换算成使用年限内每年等 额偿付（还本付息）的成本—年成本，通过构成决策 树，求取年成本期望值最低者为经济可取的方案，来 判断方案经济、合理、可行的方法。 将各单体构筑物中的 !& 种组合（下转第 // 页） ·7)· 网上投稿信箱：))8 **+ , -.+ , /& 网址：*001：! 222 , 230-4-/5&56$/7 , 548 电话：&)(!7*079*(& 万方数据 中发挥更大的作用。 ［参考文献］ ［!］贾更华 "琵琶湖治理的“五保体系”对太湖治理的启示 ［#］"水利经济，$%%&（’）：!& ( !) " ［$］顾岗，刘鸿志 "琵琶湖和太湖污染治理的比较和对太湖 治理的建议［#］"世界环境，$%%!（’）：’$ ( ’& " ［’］王培英 "从居民视角谈太湖环境保护与治理———太湖与 琵琶湖的比较分析［#］"湖泊科学，$%%$（!）：’* ( &+ " ［&］李适宇 "日本琵琶湖流域的生活污水的治理对策［#］"环 境污染与防治，!**,（’）：$! ( $& " ［+］汪易森 "评日本琵琶湖保护治理的基本思路［#］"水利规 划设计，$%%$（$）：) ( * " ［)］大沼克弘，室山中直 "滋贺县琵琶湖保护措施［#］"日本 国国土交通省国土技术政策综合研究、环境研究部河川 环境研究，$%%&（$）：$- ( $* " ［,］陈荷生，华瑶青 "太湖流域非点源污染控制和治理的思 考［#］"水资源保护，$%%&（!）：’’ ( ’, " ［-］张光生，王明星，叶亚新，等 "太湖富营养化现状及其生 态防治对策［#］"中国农学通报，$%%&（’）：$’+ ( $’- " ［*］张振克 "太湖流域湖泊水环境问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 、成因与对策［#］"长 江流域资源与环境，!***（!）：-! ( -- " ［!%］翟浩辉 "与时俱进，奋发有为，努力加快实现流域水利 现代化［./］" 水利经营管理网，01 " 0234565789 " 0:; " 04， $%%’,) &$ >!’ +’ >’& 低位机械搅拌澄清池 !’& >+- &) >*, +, >,* 水力循环澄清池 !’% >+) ,’ >*% -& >’, 高位脉冲澄清池 !’& >)- +! >-$ )$ >)) 低位脉冲澄清池 !’% >&+ )% >%! ,% >&, 无阀滤池 $’ >,$ !* >&! $! >’! 虹吸滤池 $+ >+) $! >*! $’ >*) 双阀滤池 $) >-, $& >&- $) >)& 普通快滤池 $- >)+ $+ >$- $, >+- ?型清水池 !, >%+ % >’% ! >), @型清水池 !* >!$ % >’& ! >-- ?型二级泵房 &+ >%! % >-% & >&! @型二级泵房 &, >-* % >-’ & >), 方案分为 ?、@ 两种组合类型，? 组合是“高位机械 搅拌澄清池（高位脉冲澄清池、水力循环澄清池）A 无阀滤池（虹吸滤池）A ? 型清水池及二级泵房”；@ 组合是“低位机械搅拌澄清池（低位脉冲澄清池）A 双阀滤池（普通快滤池）A @型清水池及二级泵房”， 见图 !。 根据决策树原理，将各单体构筑物的年成本（见 表 ’）标识在图 ! 中的括号内。从决策树中第一阶 段混凝沉淀过程开始，选出最低年成本的比较方案， 图中用次粗黑线表示，并将最低年成本列入节点 &、 +、)、, 的方框内，然后，通过比较选出第二阶段过滤 过程的最低年成本的方案，并将第一阶段年成本的 $项之和分别列入节点 $、’ 的方框内，最后，节点 ! 方框内的数值就是第一、二、三阶段最低年成本之 和，从而就可确定出最经济的组合方案。? 组合中 年成本最低的方案是“高位机械搅拌澄清池 A 无阀 滤池 A ?型清水池和二级泵房”，该方案的年成本为 -% >,’万元 = 5；@ 组合中年成本最低的方案是“低位 机械搅拌澄清池 A双阀滤池 A @ 型清水池及二级泵 房”，该方案的年成本为 *% >*- 万元 = 5。最后确定最 经济的组合方案是“高位机械搅拌澄清池 A 无阀滤 池 A ?型清水池和二级泵房”，图中用粗黑线表示。 通过决策树进行优化及比选，可以看出，在沉淀 及澄清构筑物中，小型水厂采用机械搅拌澄清池比 较经济且适用性较大；在过滤构筑物方面，无阀、虹 吸过滤池的年成本费用均较低于双阀、普通快滤池， 即小阻力系统的过滤池在经济上优于大阻力系统过 滤池。该方法具有运用简单、快捷、直观、明晰及实 用性强的特点。平川水厂通过决策树法对工艺系统 进行优化设计，比根据经验或常规估算（$+* >’! 万 元）节约投资近 !+B。 ! 结 语 在小型水厂设计中，工艺系统是整个给水系统 中的重要一环，它应与工程总体布局相协调，从经济 合理和安全可靠的角度，力求以有限的人力、物力和 财力来取得最佳的工程设计。 平川水厂经半年多的运行，各部分工作状况良 好，说明设计是经济合理的，并为同类工程的优化设 计提供了方法，积累了经验。 ［参考文献］ ［!］李效栋，赵永德，黄珍 "乡镇供水工程［C］"兰州：兰州大 学出版社，$%%’ "$&$ ( $&- " ［$］刘伊生，任宏 "工程造价管理基础理论与相关法规［C］" 北京：中国 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 出版社，$%%’ "!!+ ( !!, " （收稿日期：$%%+!%’!$! 编辑：方宇彤） ·&&· 网上投稿信箱：!!D ""# $ %&# $ ’( 网址："))*：" +++ $ +,)%-%’.(./0’1 $ .-2 电话：%$+!-’,-)’+% 万方数据 小型水厂工艺系统优化设计 作者： 刘盛， LIU Sheng 作者单位： 白银市水电勘测设计院,甘肃,白银,730900 刊名： 水利经济 英文刊名： JOURNAL OF ECONOMICS OF WATER RESOURCES 年，卷(期)： 2005，23(5) 引用次数： 0次 参考文献(2条) 1.李效栋.赵承德.黄珍 乡镇供水工程 2003 2.刘伊生.任宏 工程造价管理基础理论与相关法规 2003 相似文献(10条) 1.学位论文 费霞丽 水厂自控系统的可靠性研究 1997 该文针对目前水厂自动控制存在的问题,以水厂生产系统为研究对象,系统地研究了水厂工艺系统和自控系统的可靠性,确定系统的薄弱环节,建立水 厂自控系统可靠性设计原则. 2.期刊论文 张敏 水厂工艺系统对自控系统可靠性的影响 -机械工程师2006(7) 介绍了水厂工艺系统对自控系统可靠性的要求,分析了整个工艺系统的可靠性,确定出可能对自控系统产生影响的环节. 3.学位论文 任炳春 基于PROFIBUS-DP网络的水处理PLC控制系统的应用研究 2008 水已经成为21世纪的热点问题，凡是能形成世纪热点的问题就一定会蕴藏着巨大的改革和发展商机，城市大规模的工业的发展、加剧了水资源的污 染，水是人类生存的生命线，是经济发展和社会进步的生命线，水资源的利用已经受到全世界人民的高度重视，一个城市的发展必须有持续可靠的供水 保证。随着国家对水质安全控制安全力度的加大，越来越多的水厂面临更严格的水质标准，更严格的水质安全问题，同时逐步兴起的供水深度处里要求 电气及自动化系统更可靠、更稳定、功能更强大。自动化、信息化程度更高。管理技术更先进，不断提高水厂的运行效率，安全生产、高质量供水。 作为水厂自动控制系统，加药的控制非常重要，运营的私有化竞争，要求降低生产成本，如何降低能耗、药耗、使系统不断优化对电控系统提出了 更高的要求。由于被控对象具有大滞后、非线性和不确定性，所以，建立数学模型比较困难。基于人工控制的经验，采用了模糊控制的办法，实现了对 加药、恒压供水的自动控制。同时在水厂自动控制系统中设计到的模拟量闭环控制也特别多，控制的质量直接影响着生产成本，在这里我们采用西门子 的数字PID实现水厂的自动控制，提高了供水质量，降低了生产成本。 根据系统的投资/收益、系统的稳定性、可扩展性、易用性、易维护性我们这次设计采用西门子300和西门子200相结合的自动化控制系统，现场通讯 网络采用PROFIBUS-DP主-从方式的总线控制系统、性价比好的串行通讯，控制器与计算机采用西门子高速工业以太网，企业生产管理采用Intranet。根 据生产工艺我们将系统分为：原水控制系统、加药、加酸、加碱、沉淀控制系统、滤池控制系统、二级泵房控制系统、城市管网压力流量控制系统，分 散各个工艺段，通过上位计算机集中管理各个控制系统。增加了系统可维护性、可扩展性。 在控制系统设计安装完成后，经过周密细致的调试，取得了大量的实验数据和实验结果，从单机试车到机组与工艺系统联动，总结了不少的经验。 本着理论与实践相接合的原则，分析了控制系统在实际使用中出现的技术问题，提高了自己解决实际技术问题的能力，具备了项目设计与调试的能力 ，目前该控制已经应用于湖南邵东的水处理控制系统中，取得了显著的经济效益和社会效益，得到了用户的好评。 4.会议论文 王宝林.韩砚萍 二十五、水厂污泥处理的脱水设备 2003 我国北方地区随着用水量的增加,可用作饮用水的水源日益减少,许多城市采取长距离引水,以解决水资源短缺问题.原水成本不断上升,水厂生产弃水 的回收与处理逐渐被提上了日程,国内已有数座自来水生产厂的污泥处理设施相继投入生产运行,效果不一,成本各异;造成这种情况的原因是自来水厂的 生产不同于污水处理厂.形成原水浊度的浊质是多样的,可以是无机的泥沙,也可以是有机的藻类、细菌等;同一水源在一年中浊度与浊质也会随季节的不 同差异很大.各地区自来水厂所用的净水药剂品种也是多种多样,因此,生产弃水的处理工艺也各不相同.在污泥处理工艺系统的各个处理单元中,最后的脱 水工艺是至关重要的.文章包括：1.自来水厂污泥脱水常见的几种方式.2.离心脱水机的重要技术参数.3.离心机脱水效率的影响因素. 5.会议论文 常颖.沈军 给水厂氨氮控制工艺 2008 为实现NH3<0.5mg/L的水质目标，本文综述了目前主要应用的生物预处理的工艺形式及如何实现生物预处理与常规处理工艺系统的有机结合，强化生 物处理作用，以提高对富营养化水体的有效处理，提升供水水质。 6.期刊论文 贾港辉.陈彦文.向军 降低外供水泵系统用电单耗的对策研究 -资源节约与环保2009(3) 近年来国家提出了节约创效的工作思路,指出节约电力等能源的消耗来提高企业经济效益.滨海水厂作为大港油区唯一的生产生活用水供水单位,耗电 量分为两部分:净水工艺系统耗电和外供水系统耗电.外供水系统耗电既二级泵房的外供水泵用电是水厂耗电主要部分,占水厂总耗电的68%,因此降低外供 水泵系统用电单耗是降低供水成本和提高公司经济效益的有效途径,本文将结合近年来滨海水厂外供水泵系统改造情况,就降低外供水泵系统用电单耗的 对策应用进行探讨. 7.学位论文 袁本松 给水处理厂药液自动配投系统应用研究 2003 本文在分析研究国内外有关给水处理厂的混凝剂药液配投系统的基础上，结合我国的实际情况，提出了以重力投加为核心的给水处理厂混凝剂药液 自动配投系统，成功地解决了长期困扰给水处理厂投药系统运行不稳定的难题。该配投系统经济可靠，适用于大、中、小型给水处理厂、污水处理厂及 其它类似场所(如化工厂)，具有较强的应用前景。 给水处理厂混凝剂投药系统一般由完成需要浓度药液配兑的配液子系统和将已配制药液按需要的量投送到投加点的投加子系统组成。通过配液子系 统在生产实践中的应用研究，针对药液自动配兑过程存在的混凝剂原液计量问题制作专用计量装置取代普遍采用的电磁流量计，该装置结构简单、易于 实现自动控制，采用这种方式实现自动配液减少了系统采用的仪器仪表数量。通过对投加子系统的应用研究，针对目前在水厂普遍使用的投加计量泵、 电磁流量计技术要求和维护维修成本高等问题，运用流体力学(伯努利方程)的原理制作定量投液装置对药液加量进行投加计量；该装置易于控制，维护 维修简单、成本低廉，功能上能取代系统中使用的计量泵和电磁流量计。采用新技术的自动配液子系统和自动投加子系统在生产中应用，使得水厂药液 配投系统投资和运行费用大幅降低，这两种计量方式已经申请专利。 在实践中通过应用现代自动化技术将数据的采集、药液投加量的计算、药液的配兑及投加有机地结合在一起；使人工操作比较复杂的药液配投系统 变成一套完整的设备，只用输入需要的药液投加量就能自动实现投加。这里研究的药液自动配投系统没有涉及混凝的机理等工艺方面的问题，只是完成 工艺系统确定的混凝剂药量的投加。通过对采用透光率脉动、流动电位、数学模型等方法确定混凝剂投加量建立的自动配投系统的研究表明本文提出的 自动配投系统能满足工艺的要求；同样该系统也适用于给水处理厂其他药剂的投加，适用于污水处理厂及其他类似场合药剂的投加。 这种新型的药液自动配投系统在成都市自来水总公司二厂投入运行以来，取得了良好的经济和社会效益。 8.会议论文 冯令艳.张新海 普通快滤池的自控运行 2007 水厂自动化运行管理工作,是保证水厂正常生产以及提高水质质量的有效手段,自动化控制对净水工艺系统的运行与维护能够及时的进行掌控和反馈 ,并对故障的发生能够及时报警,提高了水厂生产效率,降低了故障损失,保障出厂水质达到国家饮用水标准。 9.会议论文 范建伟.张杰 加强型生物化粪池/潜流湿地处理农村生活污水 2009 针对农村生活污水的特点和现有农村污水处理技术,研究开发了加强型化粪池/潜流人工湿地系统,该工艺系统对COD、BOD5、SS、NH4+-N、TN和TP的 平均去除率分别达到了94％、96％、95％、79.1％、62.1％和79.1％,并具有投资成本低和运行费用基本不产生、维护管理简单等特点。 10.会议论文 果晓明 首钢水厂铁矿破碎-胶带半连续工程实施经验 2007 建设破碎-胶带半连续工艺系统是首钢水厂铁矿技改工程的主体项目,作为国家"十五"科技攻关课题的主要载体工程之一,2006年被评为"中国冶金科 学技术特等奖"。总结了该项目实施过程中六个方面的经验和两个方面的教训,供同行们参考。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sljj200505011.aspx 下载时间：2010年5月14日