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消毒是城市给水厂运行中的重要环节。氯消毒仍为我国大多数饮用水处理厂的主导消毒技术[1],但氯的使用可能会导致氯化消毒副产物的生成[2],进而影响水质安全。对水中出现的隐孢子虫和贾第鞭毛虫,常规化学消毒工艺难以去除[3]。紫外消毒工艺因其对微生物具有良好的灭活效果而受到重视,但其消毒能力缺乏持续性,难以保障管网水质持久安全[4]。因此,紫外消毒和氯消毒技术的组合使用(即紫外-氯消毒工艺,后简称紫外-氯工艺)受到广泛关注。紫外-氯工艺具有多重保障水质的特点,在保证微生物控制效果的同时,可有效降低消毒副产物生成,利于保证管网水质稳定。
目前,紫外-氯工艺在给水厂的应用还相对较少,存在运行标准化技术文件缺失和给水厂应用管理水平不足的问题,已有给水厂应用案例亦存在运行成本较高的问题。因此,研究并建立紫外-氯工艺运行效能评价模型,明确一定条件下紫外-氯工艺的最佳运行参数具有实际应用价值。本文对已应用紫外-氯工艺给水厂的技术条件进行了梳理,并基于灰色聚类关联分析模型和技术成本效益模型,对不同条件下的紫外-氯工艺运行效能进行综合评价,以期为该组合技术在给水厂中的应用提供参考。
城市给水厂紫外-氯消毒工艺运行效能的综合评价
Comprehensive evaluation of operational efficiency of UV-chlorine disinfection process in urban water supply plants
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摘要: 针对城市给水厂紫外-氯消毒工艺应用过程中存在缺少技术文件指导和管理水平不足的问题,建立了紫外-氯工艺运行效能综合评价模型,以明确一定条件下紫外-氯工艺的最佳运行参数,为给水厂紫外-氯工艺运行管理提供参考。基于灰色聚类关联分析模型和技术成本效益模型,分别建立了紫外-氯工艺运行技术效能评价模型和经济收益评价模型,从技术效能和经济收益两方面,对不同地域的4座给水厂(编号为A、B、C和D)进行了工艺运行综合效能评价。评价结果表明,C厂紫外-氯工艺的综合效能最佳,主要工艺参数为紫外剂量42.8 mJ·cm−2、有效氯投量1.8 mg·L−1。本研究结果可为给水厂紫外-氯工艺的调试及运行提供参考。Abstract: For lack of standard document guidance and insufficient management regarding application of UV-chlorine disinfection, a comprehensive evaluation model of UV-chlorine process operation management technology was established to obtain the optimal operating parameters of UV-chlorine process under certain conditions, thus providing guidance for operating municipal water supply plants. Based on the grey cluster correlation analysis model and the cost-benefit model, the efficiency evaluation model and economic benefit evaluation model of UV-chlorine process operation management technology were established respectively. The comprehensive efficiencies of process operation of 4 water plants (A, B, C and D) in different regions were evaluated in the aspects of technical efficiency and economic benefit. The results showed that the comprehensive efficiency of UV-chlorine process in C water plant was the highest, and the main process parameters were as follows: the UV and effective chlorine doses are 42.8 mJ·cm−2 and 1.8 mg·L−1, respectively. The outcome of this study could provide guidance for tuning and operation of UV-chlorine process in water supply facilities.
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表 1 菌落总数指标分级标准
Table 1. Classification standard of total colony index
cfu·mL−1 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 ≤1 ≤4 ≤10 ≤50 ≤100 表 2 余氯指标分级标准
Table 2. Classification standard of residual chlorine index
mg·L−1 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 ≥1.00 ≥1.30 ≥1.80 ≥2.50 ≥3.60 表 3 总氯指标分级标准
Table 3. Classification standard of total chlorine index
mg·L−1 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 ≥1.50 ≥2.00 ≥2.30 ≥2.80 ≥3.00 表 4 三卤甲烷指标分级标准
Table 4. Classification standard of trihalomethane index
μg·L−1 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 ≤10 ≤20 ≤30 ≤50 ≤80 表 5 紫外-氯工艺评价指标样本数据汇总
Table 5. Summary of sample data of UV / chlorine process evaluation indicators
给水厂
编号进水来源 运行参数 评价指标样本数据 实际紫外剂量/
(mJ·cm−2)有效氯的质量
浓度/(mg·L−1)菌落总数/
(cfu·mL−1)余氯/
(mg·L−1)总氯/
(mg·L−1)THMs的质量
浓度/(mg·L−1)A 炭滤出水 40.0 1.8 NAD 1.41 — 0.041 6 B 砂滤出水 41.9 1.6 NAD 1.28 — 0.009 6 C 炭滤出水 42.8 1.8 1.8 1.34 — 0.013 9 D 炭滤出水 48.0 1.0 NAD — 2.30 0.020 2 注:“—”表示给水厂未测定该指标浓度;“NAD”表示未检出菌落。 表 6 调研给水厂紫外-氯工艺进水水质
Table 6. Influent quality of UV/chlorine process in water plant
给水厂
编号浊度/
(mg·L−1)CODMn/
(mg·L−1)硬度/
(mg·L−1)菌落总数/
(cfu·mL−1)A 0.87 1.92 163 1 200 B 0.75 1.68 184 1 000 C 0.68 1.97 235 870 D 0.46 1.43 122 1 000 表 7 给水厂紫外-氯工艺出水水质关联度计算结果
Table 7. Correlative degree calculation results of water quality of effluent from UV/chlorine process in water plant
给水厂编号 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 水质级别 A 0.380 0.605 0.822 0.721 0.478 Ⅲ类(0.6) B 0.815 1.000 0.719 0.431 0.333 Ⅱ类(0.8) C 0.446 0.955 0.736 0.452 0.333 Ⅱ类(0.8) D 0.362 0.803 1.000 0.754 0.458 Ⅲ类(0.6) 表 8 评价成果与实际情况的对比结果
Table 8. Comparison of the evaluation results with the actual situation of the water plant
给水厂编号 水质评价级别 水质实际情况 备注 A Ⅲ类(0.6) Ⅲ类(符合饮用水标准) 运行时间较短 B Ⅱ类(0.8) Ⅱ类(符合饮用水标准) 已进行多次调整 C Ⅱ类(0.8) Ⅱ类(符合饮用水标准) 已进行多次调整 D Ⅲ类(0.6) Ⅲ类(符合饮用水标准) 未做大量调试 表 9 紫外-氯工艺经济指标数据汇总
Table 9. Summary of economic index data of UV/chlorine process
给水厂
编号单台设备初始
投资/万元单台设备流量/
(m3·h−1)折旧年限/a 固定资产
形成率/%维修费用
比例/%运行维护工人
数量/人薪酬/
(万元·月−1)A 450 2 600 10 95 30 12 0.45 B 550 2 400 15 95 30 6 0.43 C 550 2 800 15 95 30 8 0.35 D 300 5 000 12 95 12 9 0.45 给水厂
编号功率/kW 电费/
(元·(kWh)−1)氯消毒剂种类 药剂单价/
(元·t−1)投药量/
(g·m−3)连续运行
时间/dTHMs的减少
排放量/(mg·L−1)A 21.0 0.695 10%次氯酸钠 1 185 18 365 0.7114 B 25.2 0.703 10%次氯酸钠 1 185 16 365 0.6794 C 30.2 0.647 液氯 2 925 1.8 365 0.7331 D 22.0 0.707 氯胺(4∶1) 3 260 5 365 0.1388 表 10 评价结果与实际效益的对比分析
Table 10. Comparative analysis of evaluation results and actual benefits of water plants
给水厂编号 评价结果收益率/% 实际收益情况 A 0.064 良 B 0.058 良 C 0.208 优 D 0.021 中 表 11 评价给水厂综合评价结果
Table 11. Comprehensive assessment results of water plants
给水厂编号 技术效能评价 收益率/% 综合评分 A Ⅲ类(0.6) 0.064 0.385 6 B Ⅱ类(0.8) 0.058 0.503 2 C Ⅱ类(0.8) 0.208 0.563 2 D Ⅲ类(0.6) 0.021 0.368 4 -
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