典型南方地区供水管网二次消毒的试验研究及应用

摘要

供水管网是城市水循环系统的重要组成部分。在出厂水输送至用户过程中应保持水中有一定浓度的余氯，以抑制水中微生物的生长繁殖，保证饮用水水质安全。
　　氯消毒由于具有灭菌能力强、有持续消毒能力和成本较低等优点被广泛地应用于饮用水消毒，相关的研究也很多。但传统氯消毒存在余氯分布不均、加氯量不经济且不利于控制消毒副产物（Disinfection By-products，DBPs）等问题。而与传统方式相比，二次消毒则能使供水管网的余氯分布更加均匀，同时能减少总投氯量和DBPs形成的可能。因此，对二次消毒前后消毒剂的衰减规律和其余水质指标的变化情况进行深入研究具有重要意义。
　　本研究在环形管网模拟装置中开展，可以模拟不同水龄和不同工况下水质的变化，同时该装置建设在水厂中，依靠水厂自身的优势，试验装置可直接使用出厂水或者取滤后水并投加不同剂量的消毒剂，以配制余氯浓度不同的水源，实现高仿真模拟。以次氯酸钠为二次消毒剂，对不同的消毒方案下水质的变化情况全面地进行探讨分析，结果表明：二次加氯后水样的余氯衰减速率较二次加氯前明显降低；而在总投氯量相当的情况下，采用二次加氯能使饮用水消毒持续时间增长，同时能使管网的余氯浓度更平均，降低上游节点的三氯甲烷浓度；而二次加氯应选择在一个余氯浓度较低的时刻进行，这样有利于减少三氯甲烷的生成。此外还发现，与钢管相比PE管中水样的余氯衰减速率较慢，三氯甲烷的生成量较少。
　　单一消毒剂往往存在一定的局限性，为了充分利用氯和二氧化氯这两种消毒剂各自的优点，增强消毒效果，本文对氯与二氧化氯联合消毒进行了研究，试验结果显示：二氧化氯发生器以氯酸钠和盐酸为原料，所制备的复合消毒剂中二氧化氯含量约为60％；复合消毒剂的投加量对亚氯酸盐的浓度影响较小，对氯酸盐的浓度则影响显著，同时投加该消毒剂会使水样的pH值下降；对二氧化氯的衰减进行指数拟合的效果良好；二氧化氯在水中的衰减速率小于次氯酸钠的衰减速率；二次投加复合二氧化氯能使水中还原性有机物的含量降低，有利于延长饮用水消毒持续时间和降低三氯甲烷总生成量。
　　由于水力条件的差异，环形模拟装置与实际管道内壁的生物膜量有所不同，为建立二者之间的关系模型，本文在建立余氯衰减一级动力学模型的基础上，通过比例系数α计算出环形装置对应的同管径直管道的总余氯衰减系数k’和主体水余氯衰减系数kb’，而在考虑不同管径的影响时，假设单位接触面积上对氯的消耗量一定，通过接触率β来建立不同管径中管壁水的衰减速率的关系，从而提出了基于环形装置试验的实际管道余氯衰减模型，用以对实际管网的余氯衰减进行预测；以N城市因南水厂搬迁而发生的供水模式变化为案例，通过提出的模型对采用二次消毒的消毒效果进行模拟分析，结果显示若采用二次消毒，管网上游的余氯浓度明显降低，在满足控制点余氯浓度要求的同时可显著降低总投药量，有利于对消毒副产物的控制。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4 本课题研究目的和意义

1.5 本课题主要研究内容

第2章 试验装置及检测方法

2.1 试验装置

2.2 试验试剂与仪器

2.3 试验分析方法

第3章 次氯酸钠用于二次消毒的试验研究

3.1 前言

3.2 动态装置中最佳二次消毒剂投加时间的试验研究

3.3 动态装置中最佳初始与二次消毒剂投加配比的试验研究

3.4 动态装置中不同管材的试验研究

3.5 本章小结

第4章 二氧化氯用于二次消毒的试验研究

4.1 前言

4.2 不同初始氯浓度对消毒效果的影响研究

4.3 两种消毒剂不同投加顺序对消毒效果的影响研究

4.4 本章小结

第5章 工程实例分析

5.1 南方N城市供水管网概况

5.2 管网日检采样点的水质分析

5.3 二次消毒优化的应用与分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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