城市小區(qū)二次供水水質(zhì)評(píng)價(jià)體系研究（可編輯）

1、 碩士學(xué)位論文城 市 小 區(qū) 二 次 供 水 水 質(zhì) 評(píng) 價(jià) 體 系 研 究r r e e s s e e a a r r c c h h o o n n s s y y s s t t e e m m o o f f w w a a t t e e r r q q u u a a l l i i t t y yr r e e s s e e a a r r c c h h o o n n s s y y s s t t e e m m o o f f w w a a t t e e r r q q u u a a l l i i t t y ya s s e s s m e n t o f

2、s e c o n d a r y w a t e r s u p p l ya a a s s s s s s e e e s s s s s s m m m e e e n n n t t t o o o f f f s s s e e e c c c o o o n n n d d d a a a r r r y y y w w w a a a t t t e e e r r r s s s u u u p p p p p p l l l y y yi i n n u u r r b b a a n n d d i i s s t t i i c c t ti i n n u u r r

3、 b b a a n n d d i i s s t t i i c c t t孫繼龍哈 哈 哈 哈爾 爾 爾 爾濱 濱 濱 濱工 工 工 工業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè)大 大 大 大學(xué) 學(xué) 學(xué) 學(xué)2 2 0 0 1 1 2 2 7 72 2 0 0 1 1 2 2年 7 7月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào):tu991.3 學(xué)校代碼:10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào):628.1 密級(jí):公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文城 市 小 區(qū) 二 次 供 水 水 質(zhì) 評(píng) 價(jià) 體 系 研 究碩 士 研 究 生:孫繼龍導(dǎo) 師:袁一星教授申 請(qǐng) 學(xué) 位:工學(xué)碩士學(xué) 科:市政工程所 在 單 位:市政環(huán)境工程學(xué)院答 辯 日 期:2012 年 7 月授 予 學(xué) 位

4、單 位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)classified index: tu991.3u.d.c: 628.1dissertation for the master degree in engineeringr r r r e e e e s s s s e e e e a a a a r r r r c c c c h h h h o o o o n n n n s s s s y y y y s s s s t t t t e e e e m m m m o o o o f f f f w w w w a a a a t t t t e e e e r r r r q q q q u u u u a a

5、 a a l l l l i i i i t t t t y y y ya a s s s s e e s s s s m m e e n n t t o o f f s s e e c c o o n n d d a a r r y y w w a a t t e e r r s s u u p p p p l l y ya a s s s s e e s s s s m m e e n n t t o o f f s s e e c c o o n n d d a a r r y y w w a a t t e e r r s s u u p p p p l l y yi i i i n

6、n n n u u u u r r r r b b b b a a a a n n n n d d d d i i i i s s s s t t t t i i i i c c c c t t t tc c a a n n d d i i d d a a t t e e : :c c a a n n d d i i d d a a t t e e : : sun jilongs s u u p p e e r r v v i i s s o o r r : :s s u u p p e e r r v v i i s s o o r r : : prof.yuan yixinga a c c

7、 a a d d e e m m i i c c d d e e g g r r e e e e a a p p p p l l i i e e d d f f o o r r : :a a c c a a d d e e m m i i c c d d e e g g r r e e e e a a p p p p l l i i e e d d f f o o r r : : master of engineeringmunicipal engineerings s p p e e c c i i a a l l i i t t y y : :s s p p e e c c i i a a

8、 l l i i t t y y : :school of muni. & env. eng.a a f f f f i i l l i i a a t t i i o o n n : :a a f f f f i i l l i i a a t t i i o o n n : :july, 2012d d a a t t e e o o f f d d e e f f e e n n c c e e : :d d a a t t e e o o f f d d e e f f e e n n c c e e : :d d e e g g r r e e e e - - c c o o n n

9、 f f e e r r r r i i n n g g - - i i n n s s t t i i t t u u t t i i o o n n : :d d e e g g r r e e e e - - c c o o n n f f e e r r r r i i n n g g - - i i n n s s t t i i t t u u t t i i o o n n : : harbin institute of technology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要伴隨著城市的發(fā)展,給水管網(wǎng)的改擴(kuò)建工作變得日益復(fù)雜同時(shí),二次供水的水質(zhì)問(wèn)題也日益突出。二次供水的水質(zhì)污染

10、已經(jīng)影響到人們的健康,所以現(xiàn)在研究二次供水的水質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫。城市生活飲用水指標(biāo)也由 35 項(xiàng)目提高到 106 項(xiàng)目,這標(biāo)志我們國(guó)家對(duì)飲用水水質(zhì)要求提高,而且從 2012 年 7 月 1 號(hào)開(kāi)始,不僅僅要求出廠(chǎng)水要達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn),而且在居民用戶(hù)水質(zhì)也達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),所以針對(duì)二次供水的污染情況應(yīng)該引起重視。本文針對(duì)城市小區(qū)的水質(zhì)狀況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研,調(diào)研管段服役年限、管徑和居民的用水情況等。調(diào)查詳細(xì)資料以便于我們開(kāi)展監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置和采樣計(jì)劃的確定。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中我們主要選取了 7 個(gè)水質(zhì)指標(biāo):ph、溫度、濁度、總鐵、余氯、toc 和 bdoc。重點(diǎn)分析了 7 個(gè)指標(biāo)隨季節(jié)性變化規(guī)律,討論了 7

11、個(gè)指標(biāo)波動(dòng)的原因,利用這些水質(zhì)指標(biāo)建立相關(guān)的水質(zhì)生物模型。建立了水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析模型:用 spss 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性系數(shù),得出兩種水質(zhì)指標(biāo)的內(nèi)在相關(guān)性。重點(diǎn)分析 bdoc 和濁度呈現(xiàn)正相關(guān)性、bdoc 和總鐵呈現(xiàn)正相關(guān)性、bdoc 和自由余氯呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,建立有機(jī)污染內(nèi)在相關(guān)性。建立了 bdoc 預(yù)測(cè)模型,采用多元線(xiàn)性回歸模型和 bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。采用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),25 個(gè)神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。建立模型之后進(jìn)行誤差分析,比較兩種方法預(yù)測(cè)結(jié)果的精度,bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確度是 93.42%,線(xiàn)性回歸的準(zhǔn)確度是 82.93%。這樣能夠比較預(yù)測(cè)方法優(yōu)劣,便于我們

12、選擇預(yù)測(cè)精度高的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行指導(dǎo)實(shí)踐。以微軟 c#語(yǔ)言和 sqlserver 2008 數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái),應(yīng)用模糊評(píng)價(jià)模型對(duì)監(jiān)測(cè)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),開(kāi)發(fā)出了水質(zhì)評(píng)價(jià)的預(yù)警系統(tǒng),能夠在水質(zhì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié),便于我們對(duì)水質(zhì)的狀況進(jìn)行跟蹤調(diào)查,同時(shí)我們建立數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行全面的分析。解決二次供水污染問(wèn)題在我們現(xiàn)實(shí)生活中具有重要意義,本研究能夠針對(duì)飲用水二次供水污染問(wèn)題提出相關(guān)的對(duì)策。關(guān) 鍵 詞:二次供水;bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);多元線(xiàn)性回歸;預(yù)警方法i哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文abstractwith the development of the city, the expansion of water s

13、upply networksbecomes increasingly complex, at the same time, the water quality problems ofsecondary water supply have become increasingly prominent. the pollution of waterquality in secondary water supply has affected peoples health, so the study of waterquality problems of secondary water supply i

14、s extremely urgent.the standards of uban drinking water increase from 35 to 106 items, whichrepresents the improvement of the requirement of national drinking water quality.and from july 1, 2012, not only drinking water is required to meet the nationalstandards, water quality of residential customer

15、s is also asked to reach the nationalstandards, so we should pay much attention to the secondary water pollution.this paper is carried out aiming at the water quality situation in urban areas,including the research on service life of pipes, pipe diameter and the water situationof residents. the deta

16、iled information we collected is to the advantage of the layoutof monitoring points and determination on sampling plan. in the process of waterquality monitoring, we selected seven water quality indicators: ph, temperature,turbidity, total iron, chlorine, toc and bdoc. we mainly focus on the analysi

17、s ofthe law of seven indicators with seasonal variation, and discuss the fluctuations ofseven indicators. finally, based on these water quality indicators, we establishrelative biological models.after establishing the correlation analysis model of water quality indicators,using spss software to anal

18、yze the correlation coefficient of the relevant indicators,we are able to draw the inner relationship of the two water quality indicators. wemainly focus on the analysis of positive correlation between bdoc and turbidity,positive correlation between bdoc and total iron, negative correlation betweenb

19、doc and free chlorine, and establish the correlation of organic pollution.we establish bdoc prediction model, using multiple linear regression modeland bp neural network prediction model. using three-layered neural networkstructure and 25 neurons in the network structure, we perform the prediction.

20、afterestablishing modeling, through error analysis we compare the accuracy of the resultsusing two methods. and the accuracy of the bp neural network is 93.42%. theaccuracy of the linear regression is 82.93%. in this way we are able to compare thepros and cons of methods so as to choose a model whic

21、h is of higher predictionaccuracy to guide practice.using microsoft c # language and sqlserver 2008 as the platform, we developii哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文a warning system of the water evaluation applying fuzzy evaluation model toevaluate the monitoring of water quality. thus we can carry out real-time feedbac

22、kregulation in the process of water quality monitoring, which is good for us to trackthe situation of water quality. meanwhile, we establish a database to conduct acomprehensive analysis of water quality.it is of great significance to solve the problem of the pollution of secondarywater supply in ou

23、r real life. this text is proposed to put forward relevantcountermeasures in terms of drinking water pollution in secondary water supply.k k e e y y w w o o r r d d s s : :k k e e y y w w o o r r d d s s : : secondary water supply, bp neural network, multivariate linearregression, warning methodsiii

24、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文目 錄摘 要. iabstract. ii第 1 章 緒 論11.1 概述 11.2 水源污染問(wèn)題.11.3 國(guó)內(nèi)外二次供水管網(wǎng)水質(zhì)現(xiàn)狀31.4 影響給水管網(wǎng)生物生長(zhǎng)的因素.51.4.1 環(huán)境條件影響.51.4.2 水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響 51.4.3 余氯的影響.51.4.4 腐蝕影響 61.4.5 沉積物的影響.61.5 水質(zhì)模型研究.61.5.1 余氯衰減水質(zhì)模型. 61.5.2 消毒副產(chǎn)物模型61.6 課題來(lái)源 71.7 本文主要研究?jī)?nèi)容. 81.8 論文研究步驟.8第 2 章 實(shí) 驗(yàn) 條 件 及 常 規(guī) 水 質(zhì) 分 析.92.1 試驗(yàn)區(qū)域的選擇92.1.1

25、試驗(yàn)小區(qū)選擇92.1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)管段基本信息 102.1.3 水樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的選擇原則.102.2 試驗(yàn)中選擇的監(jiān)測(cè)指標(biāo) 112.3 水樣的采集與保存112.3.1 采樣計(jì)劃. 112.3.2 采樣容器選擇.112.3.3 采樣方法.122.3.4 水樣保存.122.3.5 分析試劑清單.122.3.6 水質(zhì)分析方法.132.3.7 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).13iv哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2.4 管網(wǎng)水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù). 132.4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化規(guī)律. 142.4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn) ph 變化規(guī)律142.4.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)濁度變化規(guī)律. 162.4.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)余氯變化規(guī)律. 182.4.5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)鐵變化

26、規(guī)律202.4.6 監(jiān)測(cè)點(diǎn) toc 變化規(guī)律212.4.7 監(jiān)測(cè)點(diǎn) bdoc 變化規(guī)律.232.5 小結(jié). 24第 3 章 小 區(qū) 二 次 供 水 水 質(zhì) 指 標(biāo) 相 關(guān) 性 分 析 253.1 統(tǒng)計(jì)分析的意義.253.1.1 統(tǒng)計(jì)分析概述.253.1.2 統(tǒng)計(jì)分析在環(huán)境工程領(lǐng)域應(yīng)用253.1.3. 25統(tǒng)計(jì)軟件的發(fā)展3.2 相關(guān)性分析模型基本原理253.3 相關(guān)性分析的計(jì)算步驟. 273.4 相關(guān)性分析模型應(yīng)用283.5 水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析. 333.5.1 bdoc 和濁度相關(guān)性分析.333.5.2 bdoc 和管網(wǎng)水中鐵濃度相關(guān)性分析343.5.3 bdoc 和管網(wǎng)水中余氯相關(guān)性分析

27、353.6 小結(jié). 36第 4 章 小 區(qū) 生 物 穩(wěn) 定 性 預(yù) 測(cè) 模 型 研 究374.1 引言 374.1.1 預(yù)測(cè)模型的必要性. 374.1.2 數(shù)學(xué)模型的選取要求 374.1.3 預(yù)測(cè)模型的選取384.2 多元線(xiàn)性回歸模型預(yù)測(cè)分析.394.2.1 多元線(xiàn)性回歸參數(shù)估計(jì).394.2.2 多元線(xiàn)性回歸模型的假設(shè)檢驗(yàn)414.3 bdoc 多元線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)模型建立. 424.4 bdoc 多元線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)模型校正. 424.5 bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的基本理論.434.5.1 基本 bp 算法基本理論. 43v哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4.5.2 基本 bp 算法訓(xùn)練流程. 454.6

28、 bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型對(duì)樣本測(cè)試.484.7 bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的校正504.8 小結(jié) 50第 5 章 小 區(qū) 水 質(zhì) 評(píng) 價(jià) 預(yù) 警 系 統(tǒng) 開(kāi) 發(fā).515.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)意義515.2 預(yù)警機(jī)制515.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要的條件515.4 水質(zhì)模糊評(píng)價(jià)模型建立. 545.5 設(shè)計(jì)方案555.6 界面開(kāi)發(fā)555.7 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建立.565.8 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果輸出 575.957小結(jié)第 6 章 改 善 小 區(qū) 二 次 供 水 水 質(zhì) 措 施.586.1.58二次供水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)施改造6.1.1 管道改造.586.1.2 屋頂水箱改造.586.2 供水方式的改造.596.2.1 改造為變頻泵供水59

29、6.2.2 改造為氣壓供水 606.2.3 改造水箱和水泵聯(lián)合供水傳統(tǒng)方式 606.3 水箱和水池的結(jié)構(gòu)布局合理.616.4 增加二次消毒措施616.5 預(yù)警技術(shù)616.6 管理上控制對(duì)策.636.7 小結(jié) 63結(jié) 論64參 考 文 獻(xiàn) 66學(xué) 位 論 文 原 創(chuàng) 性 聲 明.70致 謝71vi哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒 論1.1 概 述水是人類(lèi)生存必需物質(zhì)之一,和我們的生活和生產(chǎn)都存在密切關(guān)系。21 世紀(jì)伴隨著工業(yè)化發(fā)展和生活水平的大幅度提高,水質(zhì)也嚴(yán)重惡化,但是人類(lèi)對(duì)水質(zhì)的要求也日益提高,所以對(duì)生活飲用水的安全保障是環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)研究的重要課題之一,對(duì)于保障人們的日常生活和

30、生產(chǎn)安全具有重要意義。2006 年 12 月 29 日最新頒布的生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范,對(duì)我們工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確規(guī)定,雖然給水處理廠(chǎng)的出水都符合了國(guó)家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),但是飲用水在大中城市經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的管道才能到達(dá)用戶(hù),很多情況下水廠(chǎng)至用戶(hù)給水管線(xiàn)長(zhǎng)度可達(dá)幾十千米。管網(wǎng)末梢的用戶(hù)很多情況下水力停留時(shí)間在幾十小時(shí)以上,這樣飲用水在管道中和管道中物質(zhì)發(fā)生了反1,2應(yīng) 。2006 年以前生活飲用水水質(zhì)規(guī)范中規(guī)定:只要能夠保障給水管網(wǎng)末梢余氯的濃度不低于 0.05mg/l,用戶(hù)的飲用水就是安全的。在那個(gè)時(shí)期江河湖泊的水質(zhì)沒(méi)有受到嚴(yán)重的污染,很少存在有機(jī)物污染事件,飲用水基本都是安全的。

31、然而由于現(xiàn)在大中城市的生活飲用水管道很多是上個(gè)世紀(jì)修建的,而且現(xiàn)在污染日益嚴(yán)重,所以生活飲用水的二次污染也很?chē)?yán)重。主要原因是水源的水即使經(jīng)過(guò)常規(guī)工藝處理,但是還是可能存在微量有機(jī)污染物,這一系列的有機(jī)物在給水管網(wǎng)輸水過(guò)程中不可避免的發(fā)生物理化學(xué)等變化,最終的結(jié)果是導(dǎo)致水質(zhì)3惡化,在管道中形成了水質(zhì)的二次污染 。另一方面由于水中的有機(jī)物的存在和細(xì)菌大量的滋生,使得管網(wǎng)中的余氯濃度也迅速衰減,以至于很多管網(wǎng)末梢的余氯基本是零狀態(tài),所以解決二次供水水質(zhì)污染的問(wèn)題對(duì)我們生活和生產(chǎn)具4有重要的意義 。1.2 水 源 污 染 問(wèn) 題近五十年來(lái)由于我們國(guó)家的工業(yè)化水平大幅度提高,人民的生活水平也相應(yīng)的顯著提

32、高,但是我們的健康狀況并不容樂(lè)觀(guān),因?yàn)樗俏覀兊纳?我們經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),水污染也日益的嚴(yán)重,導(dǎo)致我們國(guó)家 3 億多農(nóng)村人民和5000萬(wàn)城市居民用戶(hù)的生活飲用水達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),所以在近年來(lái)我們國(guó)家頻頻發(fā)生的人為水污染事件也是其中的一個(gè)原因。- 1 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文下面是幾個(gè)污染事件的例子:事件一:2005 年 11 月 13 號(hào),吉林市中國(guó)石化公司的化工廠(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重的爆炸事故,最終導(dǎo)致 100 噸苯類(lèi)物質(zhì)泄漏,并且流入松花江,導(dǎo)致松花江的江水受到了嚴(yán)重的污染,對(duì)松花江沿岸的居民生活和生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響,同時(shí)人們承受巨大的心里壓力,哈爾濱的飲用水水源是松花江水。這次的水

33、污染事件迫使哈爾濱全市停水 4 天,對(duì)市政管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)飲用水采用緊急的處理5方案 。,廣西柳州的重金屬污染事件 柳江的上游發(fā)生龍江河水重金屬鎘污染事件,對(duì)下游的江水造成了嚴(yán)重污染,我們都知道重金屬在生物體內(nèi)的重金屬富集效應(yīng)影響整個(gè)生物鏈,尤其營(yíng)養(yǎng)級(jí)較高的生物體內(nèi)富集含量更高,同時(shí)由于當(dāng)?shù)氐墓S(chǎng)長(zhǎng)期以來(lái)一直排放工業(yè)廢渣和廢氣,也導(dǎo)致空氣和噪聲的嚴(yán)重污染,對(duì)學(xué)校的同學(xué)和老師都造成極其不利的影響,導(dǎo)致上課期間不能開(kāi)窗戶(hù),由于粉6塵高,當(dāng)?shù)厝硕夹纬闪恕敖鹕ぷ印?對(duì)青少年的健康形成了威脅 。工業(yè)化水平提高同時(shí),現(xiàn)在突發(fā)性的污染事件也日益增多,主要是由于我們對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了不可逆的破壞例如亂砍亂伐破壞

34、了原始森林,破壞了我們生態(tài)園林。突發(fā)事件的主要特點(diǎn)是:在短時(shí)間內(nèi)對(duì)周?chē)绊懢薮?情況嚴(yán)重可能導(dǎo)致停水和停電的情況發(fā)生,同時(shí)對(duì)污染事件的處置的難度也很大等特征。圖 1-1 2010 年七大水系水質(zhì)類(lèi)別比例由圖 1-1 可以得到結(jié)論:全國(guó)的七大水系依然污染很?chē)?yán)重,在國(guó)家環(huán)?？偩挚偣脖O(jiān)測(cè)的 204 條河流和 409 個(gè)地表水監(jiān)測(cè)斷面的結(jié)果顯示: i、ii 和 iii 類(lèi)水質(zhì)、iv類(lèi)和 v類(lèi)水質(zhì)和劣五類(lèi)水質(zhì)的斷面比例分別是 59.9%, 23.7%和 16.4%,此次檢測(cè)的主要指標(biāo):生化需氧量(bod)、和氨氮、高錳酸鹽指數(shù)(pi)等相- 2 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)的水污染指標(biāo)。監(jiān)測(cè)結(jié)果是

35、珠江、長(zhǎng)江水質(zhì)情況較好,但是淮河和松花江污染較輕,然而遼河和黃河為中度污染,海河近年來(lái)一直是重度污染,應(yīng)該引起7我們的關(guān)注 。水污染程度現(xiàn)在呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),我國(guó)的內(nèi)陸河流和水庫(kù)都不同程度受到了污染。近些年來(lái)我國(guó)環(huán)保部的監(jiān)測(cè)結(jié)果也顯示,在 1995 年我國(guó)內(nèi)陸河流和 7大水系中受污染的河段 110 多個(gè),江河湖水水質(zhì)在三類(lèi)以下的占到接近 40%多,其中淮河、松花江和海河污染最為嚴(yán)重。而且在太湖、滇池等發(fā)生了嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象,主要的原因是氮磷含量大幅度的超標(biāo)。工業(yè)化發(fā)展的同時(shí),生產(chǎn)的化工材料也越來(lái)越多,有毒有害物質(zhì)的泄漏事件也常常發(fā)生,我們都應(yīng)該引起警告,相關(guān)的部門(mén)都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施來(lái)防范

36、,避免突發(fā)性污染事件的發(fā)生。1.3 國(guó) 內(nèi) 外 二 次 供 水 管 網(wǎng) 水 質(zhì) 現(xiàn) 狀水質(zhì)的現(xiàn)狀是:二次供水是我們國(guó)家特有的供水現(xiàn)象,目前我們國(guó)家制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)都是主要針對(duì)出廠(chǎng)水達(dá)到國(guó)家的水質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),而且大部分供水企業(yè)也只關(guān)心出廠(chǎng)水是否合格,一般情況下忽視了二次供水水質(zhì)的問(wèn)題。然而引用水從出廠(chǎng)到用戶(hù)這段距離不可避免發(fā)生物理化學(xué)和生物等變化,引起了水質(zhì)的二次污染,主要體現(xiàn)在一下方面:鐵、鉻、錳、色度、濁度、色度和細(xì)菌等8,9微生物指標(biāo)超標(biāo) 。水質(zhì)污染是國(guó)內(nèi)管網(wǎng)污染最嚴(yán)重的污染之一,主要由于我們國(guó)家的給水管網(wǎng)大部分都是上個(gè)世紀(jì)修建的,主要都是鑄鐵管金屬材料,管道很容易在潮濕的環(huán)境下腐蝕,使鐵細(xì)菌

37、大量的滋生,從而導(dǎo)致水中的鐵含量增加,同時(shí)在管道內(nèi)部形成生長(zhǎng)環(huán),導(dǎo)致給水管道的輸水能力下降,水流速度慢,最終也不能對(duì)管壁的附屬物進(jìn)行沖刷,同時(shí)生長(zhǎng)環(huán)在管網(wǎng)內(nèi)壁形成生物膜,導(dǎo)致管道結(jié)垢,供水壓力增大的時(shí)候,生物膜等沖刷下來(lái),水中的色度和濁度增加。給居民的10心里造成影響 。國(guó)外研究現(xiàn)狀:國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了很多管網(wǎng)基礎(chǔ)研究例如美國(guó)奔特力公司致力于管網(wǎng)建模軟件研究,現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出很多給水管網(wǎng)軟件來(lái)模擬管網(wǎng)狀況,同時(shí)也在此基礎(chǔ)之上提出了相應(yīng)的解決措施。國(guó)內(nèi)的研究水平和國(guó)外差距還是很大,但是我們的目標(biāo)是一致的,最終要的是保證居民的飲用水安全。專(zhuān)家學(xué)者所有的研究都應(yīng)該以此作為最主要的目標(biāo)來(lái)研究。每個(gè)國(guó)家都制定

38、相應(yīng)的水質(zhì)控制方案,同時(shí)也制訂了生活飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)我們國(guó)家的飲用水的安全。二次供水的污染控制對(duì)我們的生活很重要,所以我們不能在輸水的最后- 3 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)節(jié)上使飲用水水質(zhì)功虧一簣。飲用水出廠(chǎng)過(guò)程中,我們飲用水的輸送和處理投資了大量的人力和物力,如果我們?cè)诙谜镜骄用裼脩?hù)者這段管網(wǎng)沒(méi)有控制好水質(zhì),導(dǎo)致水質(zhì)出現(xiàn)了問(wèn)題,那我們的前期投資都將在這一段的飲用水輸送過(guò)程中浪費(fèi)。不僅僅是如此,而且我們居民不能喝上放心水。所以現(xiàn)在很多國(guó)家對(duì)二次供水的水質(zhì)問(wèn)題也相當(dāng)重視,為了避免上述情況的發(fā)生。國(guó)外的控制措施有以下幾個(gè)方面:一方面試制定相應(yīng)的法律和法規(guī)避免人為的污染情況出現(xiàn),另一

39、方面是研發(fā)先進(jìn)的環(huán)保設(shè)備,在技術(shù)上解決飲用水水11質(zhì)不合格,最終對(duì)居民進(jìn)行飲用水安全教育 。教育是最能從根本上解決問(wèn)題,一切污染來(lái)自于我們?nèi)祟?lèi),那么消除污染也主要靠我們的自覺(jué)性意識(shí)。美國(guó)環(huán)保局在 90年代就由克林頓總統(tǒng)簽訂了飲用水安全的修正案,在 1997年到 2003 年 6 年期間,美國(guó)政府在飲用水處理上總共撥款 0.24 億美元,主要解決小型用戶(hù)供水水質(zhì)安全問(wèn)題,而且成立了專(zhuān)門(mén)的研究中心來(lái)專(zhuān)門(mén)研究和討12論水質(zhì)安全問(wèn)題 。發(fā)達(dá)國(guó)家在輸送過(guò)程中采取主要策略有以下幾個(gè)方面:取消二次供水,盡可能采取一次供水使用戶(hù)直接用上來(lái)自水廠(chǎng)的飲用水,這樣就能夠避免了飲用水在輸送過(guò)程中引起的二次污染問(wèn)題。采

40、用終端消毒設(shè)備,這樣能夠根據(jù)用戶(hù)的水質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)飲用水的安全程度,具有可操作性強(qiáng)和影響廣泛的特點(diǎn),這樣能夠避免飲用水在運(yùn)輸過(guò)程中由于不確定性因素引起的水質(zhì)問(wèn)題。開(kāi)發(fā)新型的二次供水設(shè)施,優(yōu)化二次供水的系統(tǒng),例如水箱和水泵聯(lián)合13,14優(yōu)化系統(tǒng) 。要對(duì)二次供水的污染機(jī)制進(jìn)行深入的研究?，F(xiàn)在很多法律和法規(guī)的制定都開(kāi)始關(guān)注飲用水的安全問(wèn)題,并且相應(yīng)的法規(guī)做出了明確的規(guī)定。建設(shè)部也對(duì)15,16飲用水的安全做了規(guī)劃和加強(qiáng)飲用水的安全管理 。從 2012年 7月 1日開(kāi)始,我們國(guó)家開(kāi)始執(zhí)行新的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)由原來(lái)的 35 項(xiàng)提高到了 106 項(xiàng)目,基本涵蓋了常用的所有指標(biāo)。保證我們國(guó)家的生活飲用

41、水在用戶(hù)都喝上放心水,這樣我們?nèi)褡宓纳眢w素質(zhì)才能提高。但是我們國(guó)家雖然對(duì)飲用水進(jìn)行了大量的研究,但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我們的技術(shù)和研究方法還很落后,我們需要走的研究道路還很漫長(zhǎng),要想在二次供水的水質(zhì)污染問(wèn)題分析清楚,還需要我們的科研工作者繼續(xù)努力,因?yàn)槲覀儾豢赡芟癜l(fā)達(dá)國(guó)家那樣把飲用水管網(wǎng)都進(jìn)行改造,這樣的費(fèi)用我們的國(guó)力現(xiàn)在承擔(dān)不起,所以我們只能在原來(lái)的基礎(chǔ)上來(lái)加強(qiáng)預(yù)警研究,能夠快速監(jiān)測(cè)水質(zhì)出問(wèn)題的管段,以便于我們能夠及時(shí)來(lái)處理這些問(wèn)題,最終能夠減少給工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)不必要的損失。結(jié)論:引起管網(wǎng)水水質(zhì)下降的主要原因有:1.余氯在管網(wǎng)末梢不足消毒效- 4 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文果差,細(xì)菌大

42、量滋生,引起管道腐蝕,2.管道腐蝕導(dǎo)致水中鐵含量增加,水的色度也增加,口感不佳。3.管網(wǎng)中水壓力下降,抽吸一些有害物質(zhì)。4.水箱管理17不善,沖洗不及時(shí)導(dǎo)致水箱中產(chǎn)生藻類(lèi)和微生物。5.管道的涂襯被腐蝕 。1.4 影 響 給 水 管 網(wǎng) 生 物 生 長(zhǎng) 的 因 素關(guān)于二次供水水質(zhì)的安全問(wèn)題,歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在此問(wèn)題上進(jìn)行了深入的研究,并且提出了一系列的有效解決方案,國(guó)外的飲用水相對(duì)安全,然而國(guó)內(nèi)研究起步較晚,研究水平與國(guó)外相比還具有一定的差距。國(guó)內(nèi)主要研究是天津大學(xué)趙新華老師做了一系列微生物水質(zhì)模型的研究,國(guó)外主要圍繞統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行研究。供水管網(wǎng)中飲用水質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)一直是最受關(guān)注的問(wèn)題之一,國(guó)內(nèi)外主要

43、集中以下幾個(gè)方面來(lái)討論:1.4.1 環(huán) 境 條 件 影 響溫度是影響細(xì)菌在管道中活性的內(nèi)在因素,溫度的季節(jié)性變化也導(dǎo)致了管道中細(xì)菌活性變化呈現(xiàn)周期性。不僅僅是細(xì)菌活性和溫度有關(guān),很多其它的指標(biāo)也和溫度有關(guān)系,例如溫度高也能夠加快電化學(xué)腐蝕的速度,使飲用水管道18.19中鐵的含量增加 。同時(shí) ph 也是重要的因素,水溫升高使細(xì)菌活動(dòng)增強(qiáng),也代謝酸性物質(zhì),因?yàn)?ph 能夠直接影響管道的腐蝕情況,ph 在酸性時(shí)候,管道的腐蝕也更加嚴(yán)重,導(dǎo)致水中鐵含量升高和色度也升高。同時(shí) ph 也能夠影響細(xì)菌等微生物的活性。1.4.2 水 體 營(yíng) 養(yǎng) 物 質(zhì) 的 影 響水中的有機(jī)物質(zhì)是飲用水的主要污染物之一,有機(jī)物

44、質(zhì)是細(xì)菌的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),有機(jī)物能夠促進(jìn)細(xì)菌的大量滋生,細(xì)菌等微生物以有機(jī)物質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),在管壁內(nèi)部滋生形成生長(zhǎng)環(huán),使監(jiān)測(cè)的 bdoc 值增大,生物不穩(wěn)定性,所以20bdoc 是監(jiān)測(cè)水質(zhì)質(zhì)量的主要指標(biāo)之一 。1.4.3 余 氯 的 影 響飲用水中氯消毒的方法是各個(gè)國(guó)家目前普遍采用的消毒方法,盡管現(xiàn)在有資料研究表明:氯消毒和有機(jī)物反應(yīng)生成致癌物質(zhì)(三致物)。氯消毒主要作用機(jī)理是氯和飲用水反應(yīng)生成次氯酸進(jìn)入到細(xì)菌細(xì)胞中破壞細(xì)胞膜和細(xì)菌的酶系20統(tǒng)、蛋白質(zhì)。主要是和 dna 生成二酮體使 dna 變性 。最終使細(xì)菌死亡,但- 5 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文是氯和有機(jī)物生成鹵化物有嚴(yán)重的致癌作用,

45、這個(gè)作用我們不能忽視。我們國(guó)家城市管網(wǎng)末梢很多余氯基本為零的管網(wǎng),結(jié)果導(dǎo)致居民用水都不合格。我們用余氯消毒的同時(shí),我們也應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)測(cè)消毒過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。1.4.4 腐 蝕 影 響腐蝕是全世界的重大問(wèn)題之一,在輸配水管網(wǎng)中腐蝕也是很大問(wèn)題之一,因?yàn)榻o水中的管網(wǎng)主要都是鑄鐵管,不可避免的發(fā)生腐蝕問(wèn)題。伴隨著細(xì)菌分20解有機(jī)物質(zhì)的增多,產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物,結(jié)果腐蝕管道 。另一方面是鐵細(xì)菌的大量增長(zhǎng)需要氧化鐵釋放能量,所以管道被腐蝕。同時(shí)亞鐵離子在水中和消毒劑游離氯反應(yīng),消耗了水中的消毒劑,消毒效果也下降。1.4.5 沉 積 物 的 影 響輸配水管網(wǎng)中由于腐蝕等原因管網(wǎng)中鐵增加和管網(wǎng)中細(xì)菌的大量增長(zhǎng)

46、,在21管網(wǎng)中形成生長(zhǎng)環(huán) 。一方面導(dǎo)致輸水能力下降,另一方面導(dǎo)致水中濁度增加。這樣大量消耗水中的氯,導(dǎo)致管網(wǎng)末梢的余氯不足,消毒能力下降。管網(wǎng)末梢的水龍頭水變黃,而使居民的感官上不能接受。水中顆粒物在某種程度上能成為細(xì)菌等微生物和藻類(lèi)吸附的載體。另一方面現(xiàn)在水廠(chǎng)中用的消毒劑普遍是金屬離子鹽類(lèi),從而影響消毒劑的發(fā)揮,一部分細(xì)菌沒(méi)有殺死。1.5 水 質(zhì) 模 型 研 究1.5.1 余 氯 衰 減 水 質(zhì) 模 型22水質(zhì)的余氯衰減模型 是研究比較多的模型之一,即消毒后的自由余氯在管網(wǎng)中的衰減規(guī)律的模型,一般情況下我們都假設(shè)余氯衰減模型符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,主要由于該模型在實(shí)際中操作性強(qiáng)和實(shí)際符合程度

47、好,所以此模型在管網(wǎng)建模中得到了較好的應(yīng)用,同時(shí)氯衰減模型也是研究比較透徹的模型之一,但是存在的人為假設(shè)和機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。1.5.2 消 毒 副 產(chǎn) 物 模 型消毒副產(chǎn)物模型是近些年來(lái)一些專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)始關(guān)注消毒副產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)水中的23 24余氯和水中的微量有機(jī)物生成消毒副產(chǎn)物 。karnser 等專(zhuān)家學(xué)者調(diào)查了 35個(gè)水廠(chǎng)的結(jié)果表明,三鹵甲烷類(lèi)thms的含量與總 dbps 之間存在一定的相關(guān)性,結(jié)論是 thms 濃度是鹵乙酸濃度二倍。- 6 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文微生物的水質(zhì)模型是近些年來(lái)一些專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)始關(guān)注,主要是微生物的測(cè)試耗時(shí)和耗力,在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試也不方便,所以是否能建立高精度的生

48、物模型是很前沿和熱點(diǎn)的課題。因?yàn)榻⑽⑸镱A(yù)測(cè)模型能夠克服傳統(tǒng)的微生物測(cè)試缺點(diǎn)。25,26但是建立微生物模型也存在很多難點(diǎn),主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面 :1微生物和外界作用的機(jī)理研究,關(guān)系不是很清楚;2微生物的生長(zhǎng)具有種類(lèi)繁多和變異等特點(diǎn),不是很容易監(jiān)測(cè);3現(xiàn)在的微生物的技術(shù)方法差異,每種方法檢測(cè)的數(shù)據(jù)差異性大;4生長(zhǎng)條件不同,微生物的生長(zhǎng)情況不同,所以很難定量分析;因此,專(zhuān)家學(xué)者研究主要集中在以上幾個(gè)方面。早在八十年代就有專(zhuān)家學(xué)者研究生物模型,研究?jī)?nèi)容主要集中在飲用水中細(xì)菌總數(shù)、濁度、余氯和 ph等相關(guān)指標(biāo)的關(guān)系,研究比較多的是 uv 和有機(jī)物指標(biāo)的相關(guān)性,還有一部254分人研究集中在生長(zhǎng)環(huán)的研

49、究,研究管壁生物膜的生物量和其他指標(biāo)的關(guān)系,這方面國(guó)內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)趙洪賓老師做了大量的研究。通過(guò)以上幾方面的討論結(jié)果顯示,現(xiàn)在的主要研究都集中地單一的水質(zhì)指標(biāo)方面研究,不能綜合評(píng)價(jià)水質(zhì)的指標(biāo),這樣不利于分析水質(zhì)的主要性質(zhì)。監(jiān)測(cè)飲用水管網(wǎng)的水質(zhì)狀況,提高生活飲用水質(zhì)的安全性是我們的首要問(wèn)題,只有讓居民喝上健康的飲用水是我們的責(zé)任。由于城市供水管網(wǎng)比較復(fù)雜而且相當(dāng)龐大,建立少數(shù)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)全面來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)的綜合狀況。現(xiàn)在是計(jì)算機(jī)發(fā)展的時(shí)代,我們利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),根據(jù)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和在環(huán)保總局等監(jiān)測(cè)不們得到的可靠數(shù)據(jù)。我們就可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)建立模型,模型中追蹤水質(zhì)的變化,根據(jù)模型的

50、結(jié)果和分析來(lái)評(píng)價(jià)給水管網(wǎng)水質(zhì)的變化情況,綜合得出水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)。我們國(guó)家在管網(wǎng)模型的起步還比較晚,所以我們應(yīng)該多向發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù),尤其是美國(guó)、荷蘭和丹麥幾個(gè)水處理技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家。同時(shí)我們多和美國(guó)奔特力軟件公司合作,以便我們的研27究跟上時(shí)代的步伐 。1.6課 題 來(lái) 源國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目:基于分子生物學(xué)的供水管網(wǎng)的耐氯菌的鑒別及其多樣性研究基金號(hào):51108123/e080403;課題主要針對(duì)我們國(guó)家二次供水問(wèn)題開(kāi)展,由于近年來(lái)我們國(guó)家二次供水水質(zhì)污染嚴(yán)重,進(jìn)行調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析,最終解決水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況。同時(shí)我們國(guó)家 2012 年 7 月 1 日開(kāi)始執(zhí)行新的飲用水標(biāo)準(zhǔn),

51、此課題具有現(xiàn)實(shí)意義。- 7 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文1.7 本 文 主 要 研 究 內(nèi) 容由于二次供水水質(zhì)的影響因素極其復(fù)雜,所以本文重點(diǎn)研究如下方面:1分析二次供水水質(zhì)污染的原因:查閱資料,查找影響二次供水水質(zhì)的主要水質(zhì)指標(biāo)(物理、化學(xué)和生物指標(biāo)),分析每種指標(biāo)在具體情況下對(duì)水質(zhì)的影響,重點(diǎn)對(duì)管網(wǎng)中的污染指標(biāo)進(jìn)行分析。2建立統(tǒng)計(jì)分析模型:用 spss 軟件首先進(jìn)行相關(guān)性分析,分析水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性,這樣監(jiān)測(cè)時(shí)候可以減少一些指標(biāo)監(jiān)測(cè),降低了工作量。3建立預(yù)測(cè)模型:對(duì)細(xì)菌的總數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè),主要采用回歸模型,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),比較二個(gè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度,同時(shí)對(duì)模型進(jìn)行反復(fù)校核,最終用于指導(dǎo)實(shí)踐。4用

52、 c#語(yǔ)言和 sql server 2008 數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)開(kāi)發(fā)了小區(qū)預(yù)警系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)主要要根據(jù)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)信息及時(shí)評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況,最終對(duì)水質(zhì)問(wèn)題故障點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)反饋。5提出控制二次供水系統(tǒng)水質(zhì)的保障方案,使用戶(hù)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。1.8 論 文 研 究 步 驟資料調(diào)研確定研究區(qū)域 建立模型評(píng)價(jià)模型建立分析方法 預(yù)測(cè)模型實(shí)驗(yàn)室測(cè)試 模擬測(cè)試試驗(yàn)測(cè)試水質(zhì)模型建立水質(zhì)模型校核圖 1-2 論文研究步驟- 8 -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 實(shí) 驗(yàn) 條 件 及 常 規(guī) 水 質(zhì) 分 析2.1 試 驗(yàn) 區(qū) 域 的 選 擇伴隨城市的改擴(kuò)建工作,管網(wǎng)的情況也更加的復(fù)雜,在研究過(guò)程中不可能把所有的管網(wǎng)都徹底研究,再得出相關(guān)的結(jié)論,所以實(shí)際