供水管网水质模型中余氯在主体水中的衰减情况分析 4页

'第32卷第2期吉林建筑大学学报Vo1．32No．22015年4月JournalofJilinJianzhuUniversityApr．2015供水管网水质模型中余氯在主体水中的衰减情况分析米林英姿王宇(1：吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室，长春130118；2：吉林省城市水资源与水环境修复工程实验室，长春130118；3：吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春130118)摘要：在供水管网中，影响余氯消耗的因素有很多，本文主要研究影响余氯在主体水中衰减的因素．通过研究发现，主体水中pH的变化对余氯衰减速率常数(k)的影响不大，而随着温度(t)、初始氯质量浓度(C。)以及有机物质量浓度(TOC)的变化，k均有显著变化，这些变化可以用一级反应动力学模型模拟出来，并建立主体水余氯衰减水质模型．将模型应用于实际管网中，可增强模型的实用性．关键词：供水管网；水质模型；余氯衰减；主体水中图分类号：TU991．3文献标志码：A文章编号：2095—8919(2015)02—0046—03AnalysisonDecayofResidualChlorineinBulkWaterforWaterQualityModelinginWaterDistributionSystemLINYing—zi一．WANGYu’(1：KeyLaboratoryofSongliaoAquaticEnvironment，MinistryofEducation，JilinJianzhuUniversity,Changchun，China130118；2：LaboratoryofUrbanWaterResourceandEnvironmentRestorationEngineering,Changchun，China130118；3：MunicipalandEnvironmentalEngineeringInstitute，JilinJianzhuUniversity，Changchun，China130118)Abstract：Consumptionofresidualchlorineinwatersupplynetworkundertheinfluenceofmanyfactors，thispaperstudiesthemainbodyofaffectresidualchlorinewaterattenuationfactor．Throughthestudyfoundthatthemainbodyofwaterresidualchlorinedecayrateconstant(kb)，temperature(t)，initialchloridemassconcentrations(Co)andorganiccompoundconcentration(TOC)havesignificantchanges，thesechangescanbesimulatedusingthefirstorderreactionkineticsmodel，andestablishthemainbodyofwaterresidualchlorinedecaywaterqualitymode1．Themodelisappliedtotheactualnetwork，canenhancethepracticabilityofthemode1．Keywords：watersupplynetwork；waterqualitymodel；theresidualchlorinedecay；themainbodyofwater目前，常规水处理工艺中最常见的消毒方式即氯消毒，其优点在于价格低廉、操作简单、效果好，因此，自来水水质安全的一项重要指标即是水中的余氯浓度．我国最新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)中明确规定，管网末梢水中余氯浓度不小于0．05mg／L．但是，供水管网错综复杂，支管繁多，经过消毒后的自来水流经如此庞大的管网后，达到用户处的水质并不一定完全都能达到国家标准，这是由于管网中各种复杂的反应使得余氯浓度在不同程度上有所下降．因此，确定影响因素并对其影响情况进行分析研究，对保障饮用水的水质安全具有重要意义．氯在供水管网中的衰减情况可分为主体水衰减和管壁衰减．主体水衰减是指氯与存在于自来水中的微生物、有机物和无机物等相互反应而造成的衰减；管壁衰减是指氯与附着在管道上收稿日期：2014一l1—10．作者简介：林英姿(1968～)，女，吉林省长春市人，教授，博士．基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07408001)；吉林省教育厅课题(2011181) 第2期林英姿，王宇：供水管网水质模型中余氯在主体水中的衰减情况分析47的微生物、沉淀物等相互反应而引起的衰减，管壁衰减还认为与管道本身的材质也有一定的关系．本文主要研究余氯在主体水中的衰减情况，针对管壁衰减的情况，由于各管道的物理化学状况不同，实际中很难对每个管段进行实地测量研究，因此需结合编程软件VC++6．0和EPANET的编辑程序对其进行研究校正．1实验材料与方法1．1实验仪器便携式余氯测试仪；标准水银温度计；pH测试仪；总有机碳(TOC)分析仪．1．2实验方法在供水管网中，影响主体水反应的主要因素有：温度(t)、初始氯质量浓度(C。)、pH和TOC．本文通过研究当其他条件相同时，改变其中的一个影响因素，求出主体水反应系数(k)，以确定这4个影响因素对余氯在主体水中的衰减情况有何作用．传统的余氯模拟方法将氯衰减过程视为符合一级动力学的变化规律，即：=(1)积分可得：=COe(2)则：6ln()(3)其中，C为t时刻的氯质量浓度，mg／L；Co为初始氯质量浓度，mg／L；t为时间，h；k为主体水余氯衰减系数，h～．因此，可根据公式(3)求出余氯在主体水中的衰减系数．本次实验所需水样取自A市x水厂，使用的玻璃仪器均用蒸馏水清洗干净并自然风干，实验过程中将分别只改变某一变量，以确定其对主体水余氯衰减系数k的影响情况．2结果与分析2．1初始氯浓度的影响投加不同量的氯，将对主体水中余氯的衰减情况有直接影响．通过改变氯的投加量，来测定不同初始浓度下的k值．实验条件为：温度为17℃，pH为7．3，TOC为2．3mg／L，向水样中加人次氯酸钠溶液来控制不同的初始氯质量浓度．实验结果如图1所示，通过曲线拟合分析发现，与C。之间呈线性关系．由曲线可明显看出，对于同一水样，当其他条件相同时，初始氯浓度越高，氯衰减速率越快；而初始氯浓度越图1初始氯浓度和衰减速率低，氯衰减速率越慢．这是由于氯与水体中的微生物、有机物和无机物等会发生很多复杂反应，反应物的初始浓度影响了一些反应的发生，在初始氯浓度高时，相对较难与氯反应的物质也参与了复合反应，与初始浓度较低时相比，副反应所造成的氯衰减速率较为明显，所以消耗了较多的氯．2．2温度的影响供水管网中，温度的变化也会影响水中余氯的衰减速率，尤其是在北方城市，一年四季的温度变化较大．因此，研究温度对主体水余氯衰减情况的影响尤为重要．一般来说，可用Arrhenius方程来描述温度t与主体水反应系数k的关系，即：一￡k6=AeR(,~273．~5>‘(4)其中，A为与温度无关的常数；尺为气体常数；E为反应的活化能，kJ／mol；t为温度，℃． 吉林建筑大学学报第32卷实验条件为：初始氯浓度为0．79mg／L，pH为7．3，0．045TOC为2．3mg／L，温度由恒温箱控制．实验结果如图2所。‘∞示．通过曲线拟合分析发现，k与t之间呈线性关系．温度对余氯衰减速率常数的影响很明显．在本次试验中，温毒度从4℃升至3O℃，k值从0．0205升至0．0410，可见温⋯度越高，余氯在水中衰减的越快．⋯05101520253O35将实验数据代人公式(4)中，求得反应的活化能E=℃23145．7J，指前因子A=399．1，所以得到不同温度下k的经验公式为：图2温度和衰减速率常数的关系一zjJ43／k6=3．991e丽(5)值得注意的是：氯与主体水中的各种物质之间的反应是复杂反应，存在多个平行反应，所以，对于不同水源的水质，氯在水中发生的反应也不相同，因而，其总反应的活化能也存在差异．2．3pH的影响本实验通过改变pH值的大小，来研究pH对余氯在主体水中的衰减有何影响．实验条件为：温度为17qC，初始氯浓度为0．79mg／L，TOC为2．3mg／L，实验控制的pH值均在饮用水限制的pH范围内．实验结果如表1所示，从表1中可看出，pH值从弱酸性变化到弱碱性，主体水反应系数k的变化并不明显，因此，可以认为pH的变化对主体水反应系数k的影响不大．表1pH和衰减速率常数的关系{1I_}}l{2．4TOC的影响氯在水中的消耗除了受处理工艺影响，也受到原水和处理水组分的影响．水处理过程改变了饮用水各组分的含量，从而可能改变水体对氯的消耗量．因此，建立余氯衰减模型时，很有必要找出那些反映水质特征变化的参数．通常用TOC来衡量水中的有机物含量]．实验。条件为：pH为7．3，初始氯浓度为0．79mg／L，温度17℃，：TOC值通一过加水／稀释来一改变，但同时需调整pH值和初始0‘01氯浓度以保证其不变．实验结果如图3所示，从图中可以看o．012出，k和TOC之间呈指数线性关系，关系式可表示为=0．0110．0118TOC0。。．0．0ln．5l1．52TOC／(mg·L)在本次试验中，TOC～从0．75mg／L升至2．3mg／L，k值从0．0109升至0．0155，可见TOC越大，余氯在水中衰减图3TOC和衰减速率常数的关系得越快．3结论(1)从以上试验数据可知，构建余氯衰减动力学模型时可采用一级动力学模型进行模拟，模拟结果与实际吻合良好；(2)在供水管网中，不同的变化因素皆会影响到余氯的衰减，温度、初始氯质量浓度和TOC均会对k造成不同程度的影响，而pH对k影响不大；(3)经过对影响因素的分析可得：与C。和t之间呈线性关系，k与TOC之间呈指数线性关系．在建立供水管网的水质模型时，若将各个水质参数的影响都考虑在内，则可以使模型具有较高的准确度，有效地确(下转第97页) 第2期魏立明，姚小春，贾雪：土建类院校消防与安防系统课程教学改革研究973．2加强课程设计教学环节课程设计教学环节是本课程的另一个实践环节．该环节一般安排在学生学完该门课程之后，时间为2周．该环节主要培养学生综合运用所学课程知识解决实际工程的能力，课程设计与毕业设计相比，在选题和设计要求上要相对简单，同时要求学生解决实际工程消防与安防设计问题．在课程设计期间，教师应向学生布置课程设计指导书和课程设计任务书，同时明确课程设计的要求；要求学生通过查阅规范等资料给出工程设计方案、设计图纸和设计说明书，图纸满足正确性、完整性和统一性的要求；要求学生通过查阅产品手册，了解该行业的最新发展动态，能够运用产品手册正确进行产品选型．在整个课程设计期间，教师要保证每周进行3次辅导，每次不低于3学时．这样做的目的能够加强课程设计中期的管理，及时了解学生遇到的问题，在第一时间给予学生解答．在课程设计末期进行课程设计答辩，通过答辩掌握每位学生设计的能力．通过课程设计，学生具备了初步进行实际工程的设计能力，为第八学期的毕业设计奠定良好的基础．4结语消防与安防系统课程是土建类院校电气信息类专业的一门重要的专业课，本文从更新教学内容、改建教学模式和教学手段、加强实践教学环节三个方面进行了详细的阐述；该课程的建设将对土建类院校电气信息类专业的建设起到良好的促进作用．参考文献[1]马玉真．普通高校讨论式教学模式的探讨与实践[J]．中国现代教育装备，2010(11)：168—169．[2]曹锋，李连民．“楼宇自动化”课程教学改革探讨[J]．中国电力教育，2010(18)：94—95．[3]何波，冯增喜，于军琪．建筑电气与智能化专业建设与实践[J]．长春工业大学学报(高教研究版)，2011，32(3)：43—45．[4]罗万杰．案例教学法在安全防范系统与工程教学中的应用探索[J]．中国人民公安大学学报(自然科学版)，2011(1)：86—88[5]孙景芝，韩永学．电气消防[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000：1—9．(上接第48页)定主体水反应系数k，可以使模型对水质的模拟效果较好地接近实测值，有效地模拟实际管网中的水质变化；(4)在实际应用中，应根据各个管网的实际情况，针对不同地域的差异，测定不同的水质参数，从而确定模型参数，使模型能够准确有效地反映实际管网的水质变化．参考文献[1]李红艳，吕谋，王梦琳，张坤明．供水管网中余氯衰减情况的试验研究及分析[J]．给水排水，2010，36(5)：163．[2]罗旖旎，黄赛琴，何文杰，赵洪宾，熊震湖，阴沛军，孙雨石．余氯在主体水中衰减情况的分析[J]．哈尔滨商业大学学报(自然科学版)2006，22(5)：39．[3]徐洪福，赵宏宾，张金松，尤作亮，任月明，王宇峰．输配水系统中水体余氯的衰减规律研究[J]．中国给水排水，2003，19(8)：17．[4]周建华，赵洪宾，薛罡．配水管网中与有机物反应的余氛衰减动力学模型[J]．环境科学，2003，24(3)：45—49．'