供水管网优化投氯分析与计算

论文摘要

饮用水用氯消毒是我国大部分净水厂广泛使用的一种消毒技术,但多数水厂仅在水厂出口进行一次性投氯,由于余氯随着停留时间而衰减,管网末梢余氯过低,这种做法不足以保证余氯浓度在管网中的较好分布,而且有可能导致管网中局部区域余氯浓度较高,造成对人体健康有影响的消毒副产物的增加。针对这种情况,本文提出了在管网中进行二次加氯优化的思想,即在管网中投加适量的氯,这样即能够满足水处理过程中氯的内在消耗即对微生物的传染提供足够的保护,同时保证余氯浓度在供水管网中的分布比较均匀,能够使后续供水管网保证一定的余氯浓度,还能减少了水厂投药量,节省了制水成本,并且便于实际扩建工程的分布进行,将对人体健康有威胁的消毒副产物的产生量也能减小。本文首先对供水管网建模理论进行了阐述,在供水管网水力模型、水质模型的基础上,通过对余氯衰减模型的研究采用一级余氯衰减模型,该模型形式简洁,对实测数据的吻合程度也较好,在实际中广泛应用。其次在管网水力模型和一级余氯衰减模型的基础上建立了供水管网中二次加氯的优化模型,因为加氯量优化是相对简单的工作,而加氯点选址涉及因素复杂,加氯点选址优化一次完成,长期使用,而加氯量优化宜随时间和环境变化而进行调整,所以本文采用加氯点选址优化与加氯量优化分开进行。由于多数供水企业不具备好的水质模型条件,覆盖模型是通过节点间的水量大小比例及水流路径建立整个管网节点间的水质关系,覆盖模型虽然相对粗糙但实用,所以采用覆盖模型进行二次加氯点的选择。本文二次加氯量优化模型是根据管网中余氯分布最好的方式便是均匀地达到某一期望水平,与期望余氯浓度的差值便成为衡量用户水质的标准。为了验证模型及算法的有效性,将上述优化模型应用于国际学术领域中通用的实际测试算例管网和哈尔滨市道里区实际供水管网中。优化结果表明所选的二次加氯点及优化加氯量,不仅满足控制点余氯浓度的要求,而且与仅在水厂出口增加投氯量以满足控制点余氯浓度的要求相比,管网中各节点余氯浓度普遍下降,浓度分布比较均匀,降低了由于管网中余氯浓度较大造成消毒副产物的产生量增大引起的风险,同时管网总投氯量降低,药耗减少。本文通过对供水管网二次加氯优化分析的研究,希望可以给有关供水管理部门提供参考,从而有效提高我国供水管网水质管理水平,确保用户的水质安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 我国供水管网现状分析
• 1.3 饮用水氯消毒
• 1.3.1 氯消毒副产物的形成
• 1.4 国内研究现状
• 1.5 国外研究现状
• 1.6 课题来源
• 1.7 本课题研究的目的及意义
• 1.8 课题研究的主要内容
• 第2章 供水管网水质建模理论分析
• 2.1 氯消毒机理分析
• 2.2 氯与水反应动力学
• 2.2.1 影响氯衰减的因素
• 2.2.2 余氯在管道水中的消耗
• 2.3 供水管网余氯分析
• 2.3.1 水厂消毒余氯量
• 2.3.2 管网末梢余氯量
• 2.3.3 供水管网余氯优化控制
• 2.4 供水管网节点水龄研究
• 2.4.1 水龄概述
• 2.4.2 节点水龄定义
• 2.4.3 节点水龄特点分析
• 2.5 用图论方法表示供水管网
• 2.5.1 图的基本定义
• 2.5.2 图的矩阵表达
• 2.6 小结
• 第3章 供水管网余氯模拟
• 3.1 水力建模基本原理
• 3.1.1 节点连续性方程
• 3.1.2 能量守恒方程
• 3.1.3 管段压降方程
• 3.2 供水管网动态水力模型
• 3.3 水质模型
• 3.3.1 传统水质模型
• 3.3.2 I/ O模型
• 3.4 余氯的动态模拟
• 3.4.1 余氯管段衰减模型
• 3.4.2 余氯衰减模型的选择
• 3.5 供水管网余氯浓度的计算
• 3.6 算例
• 3.7 小结
• 第4章 供水管网优化投氯分析
• 4.1 供水管网水源优化投氯分析
• 4.2 供水管网中途配合投氯分析
• 4.2.1 二次加氯方法的选择
• 4.2.2 供水管网分级优化投氯理论研究
• 4.2.3 加氯量优化模型的建立
• 4.3 供水管网分级优化投氯的实现
• 4.3.1 优化模型算法
• 4.3.2 算例分析
• 4.4 二次加氯优化结果分析
• 4.5 小结
• 第5章 哈尔滨道里区供水系统优化投氯工程实践
• 5.1 哈尔滨市供水基本情况
• 5.2 二次加氯优化的应用
• 5.3 二次加氯优化结果及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢