水利工程論文-水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行.doc

水利工程論文-水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行摘要：研究、建立了水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，提出了最優(yōu)沉淀出水濁度的概念和各流程間流量最優(yōu)分配的觀點(diǎn)，探討了系統(tǒng)局部最優(yōu)和整體最優(yōu)的關(guān)系。此外，還研制了優(yōu)化運(yùn)行軟件包，并成功地運(yùn)用于小型試驗(yàn)系統(tǒng)。結(jié)果表明，優(yōu)化運(yùn)行能節(jié)省10%30%的運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)水處理系統(tǒng)運(yùn)行與優(yōu)化設(shè)計(jì)都具有指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的目的在于：通過(guò)提高水廠的技術(shù)管理水平，合理使用水廠現(xiàn)有處理設(shè)施，提高供水水質(zhì)，降低供水成本，使系統(tǒng)在不斷變化的運(yùn)行工況中，經(jīng)常處于良好的運(yùn)行狀態(tài)1。水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行主要包括兩部分內(nèi)容：系統(tǒng)狀態(tài)模擬仿真與系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化。前一部分，筆者已撰文作了較詳細(xì)的論述2，本文將主要討論系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的問(wèn)題。1優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型一般大型水廠采用分期建設(shè)，每期建設(shè)由于考慮到場(chǎng)地條件、當(dāng)時(shí)的工藝技術(shù)以及原水水質(zhì)、處理效率、投資與經(jīng)營(yíng)費(fèi)用等因素而選擇了不同凈水工藝及處理設(shè)備；而在一些老廠的擴(kuò)建、改造中，又不斷采用新工藝、新技術(shù)以增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量，因此形成了水廠處理系統(tǒng)多流程、多工藝、多池型的特點(diǎn)。由于不同流程、不同凈水工藝、不同處理構(gòu)筑物型式的處理能力、處理效率及運(yùn)行費(fèi)用不同，而且各種構(gòu)筑物的運(yùn)行參數(shù)又都互相聯(lián)系、互相制約，因此就存在著整個(gè)處理系統(tǒng)在一定的運(yùn)行條件下，各流程在處理能力上的相互協(xié)調(diào)、各處理構(gòu)筑物在處理效率上的相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的處理費(fèi)用最小、能源消耗最低，即系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。1.1目標(biāo)函數(shù)水處理系統(tǒng)日常運(yùn)行費(fèi)用主要包括：藥費(fèi)、沉淀池(包括澄清池，下同)排泥費(fèi)和濾池反沖洗費(fèi)，一泵站的提升費(fèi)用暫不計(jì)算在內(nèi)。式中F-運(yùn)行費(fèi)用，元/dmi-第i流程的混凝劑投加量，mg/Ln-處理工藝流程數(shù)eni-第i流程沉淀池單位排泥耗電量，kWh/m3pi-第i流程沉淀池排泥耗水率Wi-第i流程沉淀池一次排泥量，m3Tni-第i流程沉淀池排泥周期，hNi-第i濾站濾池個(gè)數(shù)Ti-第i濾站濾池過(guò)濾周期，hewi-第i濾站反沖洗單位用水耗電量，kWh/m3egi-第i濾站反沖洗單位用氣耗電量，kWh/m3QCi-第i流程的混凝沉淀進(jìn)水流量，m3/dqwi、qgi-第i濾站單個(gè)濾池一次反沖洗用水量、用氣量，m3k1、k2、k3、k4-藥價(jià)(元/t)、電價(jià)(元/kWh)、排泥耗水價(jià)(元/m3)、反洗水價(jià)(元/m3)1.2約束條件淀池：C1minC1iC1max濾池：C2iC2max(2)式中C1i、C2i-第i流程沉淀池、濾池出水濁度，NTUC1min-經(jīng)沉淀池處理后能達(dá)到的最小出水濁度，NTUC1max-允許的沉淀池最大出水濁度，NTUC2max-要求的濾后出水濁度的上限，該值要小于或等于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的合格濁度，NTU此外，由于水廠各流程之間相互連通，而且優(yōu)化運(yùn)行要求合理調(diào)配各流程的水量負(fù)荷，各流程的沉淀出水濁度與濾池進(jìn)水濁度也不一定相同，故有下述約束：C1i=C1i+Ci(3)式中C1i第i流程濾池進(jìn)水濁度，NTUCi第i流程沉淀池與濾池之間的水質(zhì)波動(dòng)，NTU1.3各種構(gòu)筑物處理規(guī)模的要求沉淀池：QCiminQCiQCimax濾池：QLiminQLiQLimax(4)式中QCi、QLi-第i流程混凝沉淀及濾站處理的水量，m3/dQCimax、QCimin、QLimax、QLimin-相應(yīng)構(gòu)筑物處理規(guī)模的上下限,m3/d可將過(guò)濾水量約束轉(zhuǎn)化為濾速約束，即：viminvivimax(5)式中vi、vimax、vimin-第i系統(tǒng)濾池濾速及其上下限，m/h1.4處理流程流量平衡要求式中Q-原水總流量，m3/dQS-分質(zhì)供水時(shí)，經(jīng)沉淀凈化后送用戶使用的水量，m3/dQCi-第i流程沉淀池排泥耗水量，m3/d1.5濾池運(yùn)行周期的要求確定濾池運(yùn)行周期，要考慮到水頭損失和出水濁度以及最大過(guò)濾時(shí)間的要求。TiminTiL,TiH,Timax(7)式中TiL、TiH、Timax-第i系統(tǒng)濾池的雜質(zhì)穿透周期、水頭損失周期以及允許的最大過(guò)濾周期，h1.6雜質(zhì)穿透深度的要求為使雜質(zhì)在濾層中合理分布，既充分利用濾層的截污能力，又不允許雜質(zhì)穿透，有下述約束：LiminLiLimax(8)式中Li、Limax、Limin-第i系統(tǒng)濾池雜質(zhì)穿透深度及上下限，cm2小型試驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行考核為研究水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行而制作了小型試驗(yàn)系統(tǒng)，主要流程見(jiàn)圖1，并根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)大量實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)回歸分析，建立了各單元處理過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)2。2.1目標(biāo)函數(shù)及結(jié)束條件由于試驗(yàn)系統(tǒng)采用了兩種濾池，形成了系統(tǒng)的多流程模式，則系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型式（1）即為：目標(biāo)函數(shù)：F=min10-6k1mQ+24(k2en+k3p),