供水管网中氯和二氧化氯耦合反应过程及其衰减模型研究

摘要

水是人类赖以生存的元素，供水管网是连接用户和水处理厂生产的优质饮用水的桥梁。但供水管网中饮用水在输配的过程中往往受水中残余微生物、管道生物膜、消毒副产物等因素影响而发生水质恶化。因此，保证供水管网中饮用水水质安全对保障居民身体健康和人身安全具有重要意义。本文通过对供水管网中氯和二氧化氯耦合的化学反应路径、氯和二氧化氯联合作用下供水管网消毒剂衰减模型及供水管网中途加消毒剂点优化布置与运行进行理论研究与深入分析，阐述供水管网中氯和二氧化氯耦合作用对保障供水管网中饮用水水质与供水管网中途加消毒点优化布置的重要作用，提出保障供水管网水质安全的有效措施。
　　饮用水消毒是保障饮用水水质的重要环节，氯、二氧化氯、一氯胺、臭氧等消毒虽然广泛使用，但这些消毒剂都存在一定的局限性。供水管网中氯和二氧化氯耦合机理研究旨在通过烧杯实验、静态管段实验、管道动态实验及现场实验分析pH值、温度、总有机碳、管材等因素对氯和二氧化氯两种消毒剂在供水管网饮用水消毒过程中耦合作用的影响，探讨供水管网中氯和二氧化氯耦合机理与反应动力学，充分利用两种消毒剂各自的优点，避免各种消毒剂存在的缺陷。通过对不同水质条件下烧杯及供水管网中不同配比的氯和二氧化氯进行实验与分析，确定氯和二氧化氯最优投加比例。结果表明，氯和二氧化氯两种消毒剂联合使用时氯和二氧化氯消毒副产物亚氯酸盐发生耦合作用生成二氧化氯，氯消毒剂消毒副产物三卤代物生成量有所降低，饮用水消毒持续时间增长。
　　氯和二氧化氯联合作用下供水管网中消毒剂耦合衰减模型研究针对传统水质模型仅对单一物质进行模拟的局限性提出的崭新方法，通过氯和二氧化氯耦合反应方程计算两种消毒剂浓度及氯酸盐、亚氯酸盐等物质浓度在饮用水输送过程的变化情况，从而实现对供水管网饮用水中多种物质计算分析。传统水质模型假设饮用水传输过程中饮用水中物质通过平流输送，忽略纵向的物质扩散，而我国供水管网规模庞大，拓扑结构复杂，在管网末梢容易出现死水现象，因此，本文在供水管网消毒剂衰减模型中引入消毒剂扩散模型，对传统余氯衰减模型进一步完善。通过扩散方程模拟管段内消毒剂输送过程，改进管网末端流速较低管段内消毒剂输送模型。氯和二氧化氯联合作用下供水管网中消毒剂扩散模型将两种消毒剂在饮用水中输送过程划分为对流、扩散、反应、混合等阶段，以拉格朗日法为基础进行模型求解。本文以我国东北某大型管网为例，进行氯和二氧化氯联合作用下供水管网中各种消毒剂及消毒副产物浓度分析。
　　本文提出供水管网中途加消毒剂点随机规划模型。首先通过供水管网饮用水水质综合评价方法对供水管网中途加消毒剂点有效性进行综合评价，初步确定中途加消毒剂点优化布置的可行范围，然后通过混合遗传算法进行加消毒剂点优化定位，最后将供水管网水力模型及水质模型的不确定性引入中途加消毒剂点优化布置模型中，通过随机规划方法进行中途加消毒剂点最终定位。本文建立供水管网实时模拟模型，提出消毒剂投加量交互式控制方法，建立基于SCADA系统OPC通信的供水管网实时模拟模型，实时获得供水管网运行信息，利用SCADA系统实时数据对供水管网运行工况进行实时仿真模拟，通过供水管网氯和二氧化氯浓度分布实时模拟实现供水管网中消毒剂浓度交互控制，以我国东北某大型管网为例进行供水管网中途加消毒剂点优化布置研究，建立供水管网消毒剂投加交互式控制方法，交互控制中途加消毒剂点消毒剂投加浓度。

目录

供水管网中氯和二氧化氯耦合反应过程及其衰减模型研究

供水管网中氯和二氧化氯耦合反应过程及其衰减模型研究

RESEARCH ON THE REACTION AND DECAYMODEL OF CHLORINE COMBINED CHLORINEDIOXIDE IN WATER DISTRIBUTION NETWORK

摘 要

目 录

Contents

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 供水管网水质安全国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2 章 实验材料与方法

2.1 实验材料与设备

2.2 实验检测方法

2.3 实验研究方法

第3 章 氯和二氧化氯耦合机理研究

3.1 引言

3.2 氯和二氧化氯耦合使用消毒剂测量方法分析

3.3 主体水中氯和二氧化氯耦合衰减影响因素研究

3.4 管材对氯和二氧化氯耦合衰减的影响

3.5 本章小结

第4 章 供水管网中氯和二氧化氯耦合衰减模型研究

4.1 引言

4.2 扩散过程对供水管网消毒剂衰减的影响

4.3 供水管网中氯和二氧化氯耦合衰减模型构建

4.4 供水管网中氯和二氧化氯耦合衰减模型求解

4.5 算例分析

4.6 本章小结

第5 章 氯和二氧化氯耦合衰减现场实验研究

5.1 引言

5.2 管道内氯和二氧化氯耦合衰减动态实验研究

5.3 氯和二氧化氯耦合衰减现场实验研究

5.4 供水管网中氯和二氧化耦合消毒技术经济分析

5.5 本章小结

第6 章 供水管网中途加消毒剂模式研究

6.1 引言

6.2 供水管网中途加消毒剂点优化布置流程

6.3 供水管网中途加消毒剂点有效性评价

6.4 供水管网中途加消毒剂点优化布置随机规划模型

6.5 供水管网中途加消毒剂点交互控制基础研究

6.6 算例分析

6.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

个人简历