基于工程模糊集的水利工程施工廢水處理方法與實(shí)踐研究

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

傳統(tǒng)水利工程廢水處理方法針對(duì)不同污染源的廢水進(jìn)行統(tǒng)一處理，統(tǒng)一沉淀、酸堿中和、分流等處理。但在統(tǒng)一處理過(guò)程中無(wú)法分辨不同的污染源，無(wú)法進(jìn)行“對(duì)癥下藥”，廢水處理能力有限，廢水處理效率低下[1]。為此提出基于工程模糊集的水利工程施工廢水處理方法與實(shí)踐研究。依托工程模糊集，構(gòu)建廢水組成集合，基于歐內(nèi)斯特理論對(duì)定量因子集和定性因子集確定，確定廢水組成與添加藥劑比例。將水利工程施工廢水篩分樓對(duì)廢水進(jìn)行分層處理，將中間層廢水導(dǎo)入沉淀池，進(jìn)行沉淀作業(yè)，將沉淀層廢水直接進(jìn)行脫水處理，完成砂石料加工系統(tǒng)與基坑系統(tǒng)廢水處理，依托定性因子集的確定得出添加劑的使用量，對(duì)經(jīng)過(guò)濾的水質(zhì)中添加定量的低分子無(wú)機(jī)絮凝劑和高分子無(wú)機(jī)絮凝劑，經(jīng)過(guò)精濾完成提出的水利工程施工廢水處理。為了保證設(shè)計(jì)的廢水處理方法的有效性，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，利用不同類型的水利工程廢水樣本作為試驗(yàn)環(huán)境，依托兩種不同廢水處理方法，進(jìn)行廢水處理效率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論表明，提出廢水處理方法具備極高的有效性。

1 基于工程模糊集水利施工廢水處理方法的設(shè)計(jì)

為解決傳統(tǒng)水利工程廢水處理方法無(wú)法分析污染源的組成和處理能力較低的不足[2]，為此引入工程模糊集理論，依托工程模糊集理論構(gòu)建基于工程模糊集水利工程施工廢水處理方法。并對(duì)廢水來(lái)源進(jìn)行分析，并判斷廢水來(lái)源的化學(xué)穩(wěn)定性與物理穩(wěn)定性，對(duì)有毒有害物質(zhì)進(jìn)行提早分流，對(duì)穩(wěn)定性較差的廢水進(jìn)行提前處理。并根據(jù)歐內(nèi)斯特原理進(jìn)行廢水的分類處理，將水利工程施工廢水來(lái)源分為四類，即砂石料加工系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水、基坑系統(tǒng)生產(chǎn)的廢水、含油廢水(其中包括工業(yè)機(jī)油、潤(rùn)滑油、汽油、生活食用油等)[3]，以及水利工程施工人員產(chǎn)生的生活廢水。根據(jù)不同的污染源進(jìn)行有針對(duì)性的廢水處理。擬定出一套最恰當(dāng)有效的處理方案。其水利工程廢水來(lái)源與處理流程如圖1所示。

圖1 水利工程廢水來(lái)源與處理流程

1.1 工程模糊集模型的構(gòu)建

將水利工程施工產(chǎn)生的廢水看做集合A，集合的組成為A={砂石料加工系統(tǒng)廢水，基坑系統(tǒng)廢水，含油廢水，水利工程施工人員產(chǎn)生的生活廢水}，工程模糊集模型的構(gòu)建是基于歐內(nèi)斯特原理對(duì)集合A的子集進(jìn)行，定量因子集的確定和定性因子集的確定，根據(jù)定量因子集和定性因子集的相關(guān)性參數(shù)進(jìn)行特定方式的廢水處理作業(yè)。對(duì)集合A子集的定量因子集的確定，是為了解決水利工程廢水的比例分配問(wèn)題和分流問(wèn)題。對(duì)集合A子集的定性因子集的確定，是指出水利工程廢水的具體類型處理方法。

定量因子集的確定主要對(duì)整體廢水進(jìn)行沉積率計(jì)算，利用計(jì)算得出不同污染物的比例，從而進(jìn)行有針對(duì)性的對(duì)廢水處理。定量因子集的確定公式如下[4]：

(1)

式中：T代表廢水來(lái)源組成，t代表其組成比例，xj代表j階段的廢水質(zhì)量，tn代表n時(shí)間的廢水來(lái)源組成比例，τ代表廢水溶劑率。

定性因子集的確定，主要確定能夠消除判斷溶于水中污染源的藥品用量，以及溶液配比計(jì)算。過(guò)多的藥品會(huì)對(duì)水質(zhì)本身起到負(fù)面的影響，配比不合理則不能達(dá)到預(yù)期目的，甚至?xí)a(chǎn)生絮狀物等。定性因子集的確定計(jì)算公式如下：

(2)

式中：n代表模糊計(jì)算范圍，x表物質(zhì)最大含量，xi代表i位置的物質(zhì)含量，xj代表j位置的物質(zhì)含量。其歐內(nèi)斯特原理圖如圖2所示。a圖為定量因子集的確定，b圖為定性因子集的確定。

圖2 歐內(nèi)斯特原理圖

1.2 砂石料加工系統(tǒng)與基坑系統(tǒng)的廢水處理

水利施工工程中對(duì)砂石料加工時(shí)產(chǎn)生的施工廢水稱之為砂石料加工系統(tǒng)廢水，開挖基坑系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的施工廢水稱之為基坑系統(tǒng)廢水[5-6]。砂石料加工系統(tǒng)廢水的產(chǎn)生原因是在水利工程施工中人為添加水對(duì)砂石料、包括混凝土等建筑材料進(jìn)行攪拌混合，用于水利施工。這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的水，這個(gè)過(guò)量的水受到不同砂石料的污染產(chǎn)生廢水。其廢水的污染源主要包括施工原料的懸浮物以及沙土石料沉淀物?；酉到y(tǒng)廢水的產(chǎn)生原因是水利工程技術(shù)人員對(duì)確定基坑進(jìn)行挖局作業(yè)時(shí)，對(duì)基坑防護(hù)壁、防護(hù)梁進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，易產(chǎn)生砂石料加工系統(tǒng)廢水且會(huì)并留在基坑中，同時(shí)因非人為因素、降雨等影響在基坑中留有廢水，產(chǎn)生基坑廢水[7]?；訌U水的污染源包含砂石料加工系統(tǒng)廢水以及基坑底部的淤泥等。利用水泵水渠等方式將廢水運(yùn)至處理中心。

廢水處理中心基于工程模糊集模型的定量因子集的確定，掌握砂石料加工系統(tǒng)廢水與基坑系統(tǒng)廢水占整個(gè)水利工程施工廢水的比例?；诙ㄐ砸蜃蛹拇_定，得出砂石料加工系統(tǒng)廢水與基坑系統(tǒng)廢水在整體廢水的位置，首先將廢水引入分篩樓，依托工程模糊集模型，將懸浮層、中間層、沉淀層相互分開。將中間層引入沉砂池進(jìn)行沉淀處理，沉砂處理包括自然沉砂和人工沉砂，自然沉砂將沉淀層廢水引入沉砂池后使廢水長(zhǎng)時(shí)間靜止不動(dòng)，水中砂石沉淀后進(jìn)行下一工序，人工沉砂是加入沉砂劑促進(jìn)砂石快速下沉[8]，兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)砂石的沉淀處理，根據(jù)處理量以及沉砂池?cái)?shù)量選擇沉砂工藝。此時(shí)沉淀物質(zhì)包括泥漿砂石等，經(jīng)過(guò)脫水機(jī)取出沉淀物中的水，沉淀物質(zhì)可以進(jìn)行二次利用，上清溶液引出。沉淀層直接進(jìn)行脫水機(jī)作業(yè)。引出處理后的水進(jìn)過(guò)三道過(guò)濾裝置，進(jìn)行濾水處理，因砂石料加工系統(tǒng)與基坑系統(tǒng)的廢水主要是不容水物質(zhì)的污染，利用篩選、分離、過(guò)濾的方式能夠達(dá)到排放要求，但此時(shí)還會(huì)混有部分部分普通懸浮物、部分含油廢水與部分生活廢水等，所以需要進(jìn)一步處理[9]。

1.3 含油廢水與生活廢水處理

與砂石料加工系統(tǒng)廢水、基坑系統(tǒng)廢水不同的是，水利施工中使用的工業(yè)機(jī)油、潤(rùn)滑油、汽油等油性物質(zhì)與水接觸產(chǎn)生的廢水，以及施工人員的生產(chǎn)生活產(chǎn)生的廢水，處置相對(duì)較為復(fù)雜，需要進(jìn)一步處理。其含油廢水主要由烷烴(直鏈、支鏈、多支鏈)、環(huán)烷烴(單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán))、芳烴(單環(huán)芳烴、多環(huán)芳烴)、環(huán)烷基芳烴以及含氧、含氮、含硫有機(jī)化合物、水等構(gòu)成，同時(shí)伴有重金屬元素(石油提煉過(guò)程中伴隨的)、硫氧化物等若處理不當(dāng)對(duì)水質(zhì)影響較大[10]。生活廢水主要包括工程技術(shù)人員日常生活排泄的洗滌用水。廢水中污染物成分復(fù)雜多樣。對(duì)環(huán)境有著不同層次的影響。

油烴脂與砂石料相同，為不溶水物質(zhì)存在懸浮層中，利用吸附法、過(guò)濾法能夠?qū)⒂蜔N脂類物質(zhì)濾出，并進(jìn)行定期無(wú)害化焚燒。但溶于水中的部分重金屬、氮氧化物，生活廢水同時(shí)會(huì)造成硫磷含量較高、水中含氧量明顯減低，為此針對(duì)溶于水中的有害物質(zhì)，采用添加低分子無(wú)機(jī)絮凝劑(三氯化鐵、硫酸亞鐵、明磯)以及高分子無(wú)機(jī)絮凝劑(聚合硫酸鋁、聚合磷酸鋁、聚合磷酸鐵、聚亞鐵)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)含油廢水與生活廢水處理。

采用公式2計(jì)算基于工程模糊集模型在凈水池中加入L1量的三氯化鐵、L2量的硫酸亞鐵、L3量的明磯、L4量的聚合硫酸鋁、L5量的聚合磷酸鋁、L6量的聚合磷酸鐵、L7量的聚亞鐵，控制反應(yīng)時(shí)間T，同時(shí)經(jīng)過(guò)停留式檢測(cè)，控制反應(yīng)量。將符合要求的水由凈水池進(jìn)行引流至精濾池，對(duì)精濾池水中的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到GB3838地表水環(huán)境質(zhì)量III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求后進(jìn)行排放。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了保證本文提出的基于工程模糊集的水利工程施工廢水處理方法的有效性，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證分析。試驗(yàn)過(guò)程中，以不同類型的水利工程廢水樣本作為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行廢水處理效率試驗(yàn)。對(duì)水利工程廢水樣本的不同污染源，以及水質(zhì)等進(jìn)行仿真。為了保證試驗(yàn)的有效性，使用傳統(tǒng)廢水處理方法作為比較對(duì)象，對(duì)比兩次試驗(yàn)結(jié)果，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在同一數(shù)據(jù)圖表中。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為了保證試驗(yàn)過(guò)程的準(zhǔn)確性，對(duì)測(cè)試的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。本文試驗(yàn)過(guò)程，采用不同類型的水利工程廢水樣本作為試驗(yàn)對(duì)象，利用兩種不同廢水處理方法，進(jìn)行廢水處理效率試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。由于不同方法中得到的分析結(jié)果與分析方式是不同的，因此，試驗(yàn)過(guò)程中需要保證試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)的一致。本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置結(jié)果如表1所示。

2.2 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)過(guò)程中，利用兩種不同廢水處理方法在環(huán)境中進(jìn)行工作，分析廢水處理效率的變化。由于同時(shí)采用兩種不同廢水處理方法，分析結(jié)果無(wú)法進(jìn)行直接對(duì)比，為此依托第三方分析記錄軟件，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果進(jìn)行記錄與分析，并將結(jié)果顯示在本次試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果曲線中。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比曲線如圖3所示。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置結(jié)果

圖3 試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用算術(shù)平均值計(jì)算法，計(jì)算不同方法的廢水處理效率，得出提出的工程模糊集廢水處理方法較傳統(tǒng)廢水處理方法處理效率提高47.28%，適用于不同類型的水利工程施工廢水處理。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于工程模糊集的水利工程施工廢水處理方法與實(shí)踐研究，基于工程模糊集模型的構(gòu)建，以及對(duì)水利工程施工污染源的分析處理，完成了本文的設(shè)計(jì)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本文設(shè)計(jì)的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠?yàn)樗こ淌┕U水處理方法提供理論依據(jù)。