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用TOC分析來控制凝聚劑的用量,使水處理工藝更加可靠

閱讀:642      發布時間:2020-9-3
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 挑戰
美國西部的一家公共事業單位有三個工廠,負責處理地下水和地表水。不同的季節里,這三個工廠的水處理量都會有很大的變化。工廠都位于落基山脈,地理位置偏遠,運營空間有限。其中一個工廠是采用混凝和過濾技術的傳統工廠,每天的高水處理量為 1 千萬加侖,夏季的平均水處理量為 500 萬加侖,冬季為 250 萬加侖。工廠為了進一步了解和優化凝聚劑的投放量,決定利用水質數據來建立一套預測算法,以實現準確的工藝控制。
在不同的季節里,水的溫度、流速、質量會大幅波動,因此工廠需要準確的數據作為決策的依據。有了準確的水質數據(例如水的堿度、總有機碳 TOC)、濁度等數據),就能確保出廠水的質量達標,確保水處理工藝穩定可靠。例如,當春季徑流開始時,水的濁度會達到峰值,然后落回基本水平。而 TOC 卻會在到達峰值后繼續保持在高位。此時工廠就需要在使用地表水還是使用地下水井之間做決斷。有了 TOC 數據,就能迅速、自信地做出正確決斷。圖 1 是原水和出廠水的以往 TOC 數據。

圖 1. 工廠的 TOC 歷史數據
解決方案
在每個工藝步驟中,都需要使用各種化學品來處理水,例如用高錳酸鉀進行預氧化,用聚氯化鋁(PACl)進行凝結,用氫氯酸鋁(ACH)助凝劑進行初級處理,用非離子聚合物進行預過濾。以前,工廠主要用臭氧來消毒,但由于對臭氧的殘留量有較高的要求,如今工廠使用次氯酸鈉來消毒。上述工藝步驟滿足工廠對濁度的原始設計要求,而當工廠增加了 TOC 分析之后,又能確保滿足消毒劑/消毒副產物法規(DBPRs,Disinfectant/Disinfection Byproduct Rules)。
以往,工廠需要進行很多次杯瓶實驗才能確定正確的凝聚劑投放量,這給操作人員帶來很大的工作量,而且無法得到原水和出廠水質量的實時信息。后來工廠購置了兩臺 Sievers* M5310 C 在線型 TOC 分析儀來監測原水和出廠水,就大大增強了堿度和濁度數據的可靠性,還能夠確定 TOC 的去除率。如果在發生徑流時水中的 TOC 升高,分析儀就會提示工廠減產,更多地使用地下水。表 1 是平均季節性 TOC 數據。
 

結果
工廠收集了往年的原水和出廠水的水質數據,用這些數據來優化主要凝聚劑的投放量,并設定預測算法中各參數的關系。結果表明,原始 TOC 與凝聚劑用量之間有很強的線性關系,而堿度/濁度與凝聚劑用量之間的關系較弱。在隨后的研究中,工廠改進了回歸方程,使凝聚劑用量僅與進廠水的 TOC 相關。工廠仍然使用將 TOC、濁度、堿度相關聯的回歸算法。當發生急劇變化的水質事件(例如快速融雪或下暴雨)時,可以根據濁 度和堿度的變化來調節凝聚劑的用量。盡管目前工廠尚未*達到自動化,但操作人員可以根據上述水質數據做出基于實際數據的決策,從而進行正確的操作調整。
由于吸水口在河中,而河水的水質每小時都可能急劇變化,因此每天都需要多次調整凝聚劑的投放量。有了原始 TOC、堿度、濁度數據,工廠就能準確調整化學品的用量,能夠應對夏末雨季的濁度高峰、或季節性山區徑流造成的 TOC 和堿度變化。
結論
根據數據來做決策和確認合規性,可以有效地進行水處理,保護自然環境和人類健康。 TOC 分析幫助工廠調整季節性操作,使工廠能夠對凝聚劑的投放量作出正確決定。其它優點包括:
• 臭氧預氧化去除鐵、錳和 TOC,減少對凝聚劑的需求量
• 臭氧按劑量投放,保持臭氧殘留量與原始 TOC 相關
• 全面提高工廠的年生產效率,優化水處理工藝,確保水的清潔度

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