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《哈尔滨工业大学》 2010年
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给水管网余氯衰减规律及影响因素研究

钟丹  
【摘要】: 给水管网是城市水循环的重要组成部分。研究城市给水管网中水质变化的规律,提高给水的安全可靠性已成为21世纪水工业的难点和热点问题之一。而消毒不论在水处理过程中,还是在管网输送过程中,都对保持水质具有不可或缺的作用。国际上使用最广泛的饮用水消毒剂是液氯,因为它价格便宜,消毒效率高,而且可以为给水管网提供一定的余氯浓度以防止细菌再生长。因此,对氯衰减规律的预测及模拟等方面的研究具有重要意义。 给水管道在长年的运行中,沿管道内壁会逐渐形成不规则的环状混合物,称之为“生长环”,它是给水管道内壁由沉淀物、锈蚀物、黏垢及生物膜相互结合而成的混合体。水沿着管壁流动的过程中,并不是直接沿着管壁表面流动,而是沿着管道内壁的“生长环”进行流动,因此,生长环是造成管网水质变化的主要原因。 本课题以保证给水管网的水质安全为研究目的,通过动态、静态实验,较为全面地探讨了余氯衰减规律。通过指数拟合对余氯衰减实验得到的数据进行拟合分析。实验中发现,余氯衰减与下列几种因素成正相关关系:水温、TOC浓度、水中氧的消耗、三卤甲烷、氨氮浓度。初始氯浓度和管径与主体水余氯衰减系数成负相关关系。此外,二次加氯后水样中余氯的衰减速率明显小于原水样的衰减速率。对于不锈钢管、PVC管、球墨铸铁管三种管材而言,球墨铸铁管余氯衰减速率最大。在普通铸铁管中,管径越大衰减系数受流速的影响越小,受pH值的影响越大,余氯的衰减主要发生在与管壁的反应中,pH值是影响普通铸铁管中余氯衰减的主要因素。 分析了水力模型和水质模型的密切关系,在水力模型基础上,在分析和掌握给水管网余氯状况的前提下,构建余氯衰减模型。 针对当前余氯衰减模型普遍存在的局限性,提出并验证了一种实用的氯衰减半经验数学模型——速率系数可变模型(Variable Rate Coefficient,VRC)。基于对余氯衰减影响因素的全面分析,结合实际工程中的情况,VRC模型的建立重点考虑温度、投氯量及二次加氯。VRC模型包含X0, 0,kmin和 四个参数,模型基于双分子二级反应动力学速率方程,同时定义了一个微分方程来描述 t随时间的变化,通过二者结合来模拟氯的衰减过程。首先确定X0的值, 0、kmin和 的值由SCE法得到,使用局部搜索法,调整初始氯浓度,减小误差。采用6组余氯衰减数据集对VRC模型、一级模型以及由Boccelli等人建立的二级模型进行校核并比较三个模型的模拟结果。本研究将SCE法用于给水管网的研究和应用,采用SCE法进行余氯衰减模型的校核,实验结果表明:SCE法的校核结果很好;VRC模型6组数据集的拟合情况均明显优于另外两个模型,可以更准确的预测余氯的衰减过程。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU991.2

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