d游泳池水臭氧消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì) 安徽工程大學(xué)數(shù)學(xué)建模課程設(shè)計(jì)論文

1、安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 數(shù)學(xué)建模數(shù)學(xué)建模 課程設(shè)計(jì)論文課程設(shè)計(jì)論文 題目：游泳池水臭氧消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 3 1 1 0 8 0 1 2 1 4 姓姓 名：名：湯湯 德德 勇勇 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：周周 金金 明明 成成 績：績： 完成日期：完成日期： 2013 年年 7 月月 3 日日 1 游泳池水臭氧消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 80 年代末，臭氧作為一種殺菌劑應(yīng)用于冷卻水系統(tǒng)受到人們的廣泛關(guān)注。由 于臭氧所具有的一些優(yōu)越性是傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑所無法比擬的，目前，國外已將 臭氧廣泛地應(yīng)用于冷卻水處理中。使用結(jié)果表明，采用臭氧處理的系統(tǒng)可在高 濃縮倍數(shù)下，甚至在零排污下運(yùn)行。處理成本低于傳統(tǒng)

2、的化學(xué)處理法。美國環(huán) 保局(EPA)和職業(yè)安全衛(wèi)生管理局(OSHA)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)表了飲用水的臭氧消 毒系統(tǒng)的 CT 值為 1.6。歐洲國家和加拿大政府頒布的游泳池水標(biāo)準(zhǔn)中 CT 值也 采用 1.6。 游泳池給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(CECS14：89)中提到游泳池水可采用臭 氧消毒方法，但對臭氧消毒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)未作具體規(guī)定。現(xiàn)在運(yùn)用數(shù)學(xué)建模知識(shí)， 在不考慮水溫影響，CT 值固定，考慮 ORP 控制器的可控性，建立游泳池水容量 與反應(yīng)罐容積之間的數(shù)學(xué)模型，并求出旁流水流量與循環(huán)水流量的最小比率； 同時(shí)考慮到水溫影響和 ORP 控制器的可控性，如果 CT 在允許范圍內(nèi)，建立游泳 池水容量與反應(yīng)罐容積之間

3、的數(shù)學(xué)模型，并求出旁流水流量與循環(huán)水流量的最 小比率。 關(guān)鍵詞：游泳池 CT 值 最小比率 數(shù)學(xué)模型 2 3 一、問題重述 臭氧發(fā)生器產(chǎn)量(g/h)=循環(huán)水流量(m3/h)臭氧投加濃度(g/m3) 例如容積為 380m3的游泳池，臭氧投加量為 0.4mg/L(g/m3)，游泳池水循環(huán)周期 采用 6h，循環(huán)水流量為 380/6 63m3/h，則臭氧發(fā)生器的最小產(chǎn)量應(yīng)為 630.4=25.2g/h。反應(yīng)罐用來使水中無機(jī)和有機(jī)污染物被溶解的臭氧氧化并進(jìn) 行消毒殺菌，因此設(shè)計(jì)反應(yīng)罐時(shí)應(yīng)消除水的短路，保證水在罐內(nèi)有一定的停留 時(shí)間。為了使臭氧在水中的溶解度高，含臭氧的水從反應(yīng)罐上側(cè)進(jìn)罐，下側(cè)出 水。反應(yīng)

4、罐上部的排氣閥應(yīng)與臭氧破壞裝置連接使在進(jìn)入大氣前除去未溶解的 臭氧。反應(yīng)罐的容積按下式確定： 反應(yīng)罐容積(m3)=循環(huán)水流量(m3/h)旁流水百分比(%)反應(yīng)時(shí)間(h)。 例如 380m3 游泳池池水循環(huán)周期采用 6h，循環(huán)水流量為 63m3/h，旁流水流量為 循環(huán)水流量的 25%，接觸時(shí)間 4min，則反應(yīng)罐最小容積為 630.250.067=1.05m3。 （1）附圖為主要原理圖，根據(jù)您對資料的理解結(jié)合該圖，闡述利用臭氧消毒的 基本原理； （2）不考慮水溫影響，如果 CT 值固定，考慮 ORP 控制器的可控性，請建立游 泳池水容量與反應(yīng)罐容積之間的數(shù)學(xué)模型，并求出旁流水流量與循環(huán)水流量的

5、最小比率； （3）考慮水溫影響和 ORP 控制器的可控性，如果 CT 在允許范圍內(nèi)，請建立游 泳池水容量與反應(yīng)罐容積之間的數(shù)學(xué)模型，并求出旁流水流量與循環(huán)水流量的 最小比率； （4）實(shí)地考察一個(gè)游泳池總?cè)莘e量和換水周期等因素，假設(shè)該游泳池目前正在 使用您的消毒系統(tǒng)，請計(jì)算一個(gè)換水周期內(nèi)該游泳池所需的最小臭氧質(zhì)量。 （5）結(jié)合您所建立的模型，闡述游泳池水臭氧消毒系統(tǒng)的社會(huì)價(jià)值。 4 二.問題分析 游泳池使用臭氧的優(yōu)點(diǎn) 1.臭氧及其二次產(chǎn)物(如羥基)具有最強(qiáng)的殺菌性及滅活病毒的作用，可有 效防止傳染性疾病的蔓延，實(shí)驗(yàn)證明，同樣濃度的臭氧殺滅細(xì)菌和病毒的效果 是氯的 600-3000 倍。在臭氧濃度

6、為 1mg/l 時(shí)，糞型大腸桿菌的滅活只需要 5 秒， 用同樣濃度的氯要達(dá)到同樣的效果需要 15000 秒。 2.臭氧是國際公認(rèn)的環(huán)保型綠色殺菌劑，不會(huì)對環(huán)境造成任何二次污染， 而氯制劑會(huì)與水中的有機(jī)物反應(yīng)生成多種氯代有機(jī)化合物，如三氯甲烷、氯仿 等，這些物質(zhì)均為公認(rèn)的致癌致突變物。當(dāng)人游泳時(shí)，這些有毒物質(zhì)會(huì)被人體 所吸收（在水中人體每小時(shí)可吸收 500 毫升水） 。水中的氯代有機(jī)化合物還會(huì)刺 激人的眼睛及皮膚，從而引發(fā)紅眼及皮疹。 3.從水中蒸發(fā)出來的氯代有機(jī)化合物以及氯氣等有毒氣體，聚集在泳池上 方不易散去，損害人的呼吸器官，嚴(yán)重影響人們的身體健康，而使用臭氧則完 全不會(huì)產(chǎn)生此種問題。 4

7、.加氯所產(chǎn)生的次氯酸及其衍生物，嚴(yán)重腐蝕水處理系統(tǒng)及館內(nèi)設(shè)備和結(jié) 構(gòu)如網(wǎng)架、暖氣等。 5.臭氧是最強(qiáng)的氧化劑，可有效分解水中的腐植質(zhì)，氧化水中的鐵、錳離 子，分解水中散射光線的微小有機(jī)體，從而大大提高水的清澈度,使水呈現(xiàn)出美 麗的藍(lán)色，而氯制劑則無此效果。為使水呈藍(lán)色，使用氯制劑的泳池，往往需 加入硫酸銅鹽，對人極為有害。 6.加入氯制劑后，必然會(huì)導(dǎo)致水的 pH 值的改變，使人感到不適，因而需加 入堿性或酸性物質(zhì)予以中和。而臭氧是中性物質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生此種問題。 臭氧能確保大客流量及高溫季節(jié)時(shí)水質(zhì)的穩(wěn)定性，高溫及客流量大時(shí)，水 質(zhì)往往不佳，此時(shí)，如果使用氯制劑，則需大量投加，這將帶來一系列副作用，

8、 如 pH 值的變化、對呼吸道及人體的刺激等；而大量投加臭氧則無此副作用。 7.使用臭氧發(fā)生器，可大大降低水處理工藝的管理及操作難度，同時(shí)臭氧 發(fā)生器具有很高的安全性，而氯制劑在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏、使用時(shí)具有一定的危險(xiǎn)性。 8.臭氧可分解水中的有機(jī)物且具有微絮凝作用，因而在正?？土髁肯?，可 以不用絮凝劑。 9.在一定的使用條件下，如逆流式循環(huán)、不使用活性炭濾罐，不必投加氯 制劑、絮凝劑、pH 調(diào)節(jié)劑，可將臭氧作為水處理唯一的藥劑。 臭氧在游泳池中的應(yīng)用方法 5 1. 傳統(tǒng)的方法 傳統(tǒng)的游泳池臭氧消毒理論認(rèn)為：臭氧是一種非常強(qiáng)的氧化劑，有毒性， 所以絕對不允許臭氧進(jìn)入游泳池內(nèi)。因?yàn)槌粞醯谋戎卮笥诳諝?，?/p>

9、果從水中析 出，就會(huì)浮在水面上，形成一個(gè)濃度較高的臭氧層，很容易被人吸入，造成中 毒。所以，在水與臭氧反應(yīng)之后回到游泳池內(nèi)之前，必須經(jīng)過脫臭氧裝置，防 止剩余的臭氧進(jìn)入游泳池，在脫臭氧裝置之后，為維持長效殺菌作用，需投加 氯制劑，以保證游泳池內(nèi)的余氯在 0.30.6ppm 之間。在游泳池水處理中，臭 氧的投加量在 0.6-1.0mg/l。 傳統(tǒng)的泳池水處理臭氧消毒法有以下特征： 必須有較大容積的臭氧反應(yīng)器，以保證臭氧與水的接觸反應(yīng)時(shí)間不小于 2 分鐘； 保證臭氧與水反應(yīng)后，水中剩余臭氧濃度不小于 0.4mg/l； 在進(jìn)入水池前利用活性炭脫除全部剩余臭氧； 臭氧消毒后，投加氯消毒劑，使余氯達(dá)到

10、0.3-0.6mg/l。 在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,上述方法存在如下問題: 臭氧利用率問題；傳統(tǒng)的泳池臭氧消毒工藝需要把剩余臭氧脫除。規(guī)范 要求臭氧投加濃度在 1.0mg/l 左右，剩余臭氧濃度大于 0.4mg/l，這些剩余的 0.4mg/l 臭氧未被利用就被脫除了，等于被利用的臭氧只有 0.6mg/l 左右，其 余的臭氧被浪費(fèi)掉了。而且，將臭氧脫除后，還需要再加氯作為長效消毒劑。 基建投資問題:按傳統(tǒng)游泳池循環(huán)水臭氧消毒方法，臭氧與水的接觸時(shí)間 最好在 3 分鐘以上,如果以最短接觸時(shí)間 2 分鐘計(jì)，對于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)池來說 (2400m3 左右)，水處理循環(huán)流量為 400 m3/h，2 分鐘流量為 13.3

11、 m3。按照要 求,活性炭濾罐的濾速為 30m/h,這就需要一個(gè)過濾面積為 13.3 m3 的活性炭濾 罐,這將大大增加機(jī)房的面積,同時(shí)臭氧系統(tǒng)的造價(jià)會(huì)增加 30%以上. 實(shí)際上，如果不脫除臭氧，這些問題有可能得到解決。因此，國內(nèi)外都有 許多單位對此方法進(jìn)行了研究和應(yīng)用。 2.不脫除臭氧消毒法的理論分析 傳統(tǒng)的泳池臭氧消毒法認(rèn)為臭氧有一定的毒性，所以要求在臭氧進(jìn)入泳池 之前將水池中的臭氧全部祛除，以防止臭氧對人體產(chǎn)生危害。 我們知道，物質(zhì)的毒性是與濃度有關(guān)的。臭氧在空氣中的濃度大于 0.1mg/l 時(shí)能對人體呼吸器官產(chǎn)生刺激，在這個(gè)濃度以下，對人體影響不大。 實(shí)際測試表明，當(dāng)臭氧投加量 1.0

12、mg/l 時(shí)，池中臭氧濃度最高不會(huì)超過 0.1mg/l。有資料指出，游泳池水的臭氧濃度在 0.15mg/l 以下時(shí)，對人體無害， 實(shí)際情況也是如此。需要強(qiáng)調(diào)指出的是，毒理學(xué)試驗(yàn)表明，在相同劑量下，臭 6 氧的毒性低于氯，如果說臭氧在此濃度下對人有害,那么,氯對人體的危害更大。 國外的分析研究表明（限于篇幅，本文不作具體介紹）： 采用直接投加臭氧的游泳池水處理消毒法在理論上有其可行性； 不脫除臭氧消毒法的主要接觸反應(yīng)區(qū)域是在游泳池中，所有臭氧都是自 由活性分子，都能起到消毒作用； 由于臭氧在水中和空氣中都會(huì)衰減，且半衰期較短，因此不會(huì)產(chǎn)生臭氧 濃度的累積； 臭氧在水中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臭氧的投加量

13、，水中的臭氧不會(huì)大量析出， 不會(huì)對人體造成傷害。 為了防止臭氧對人體產(chǎn)生危害，傳統(tǒng)臭氧消毒法規(guī)定了臭氧在水中的最 高剩余濃度；在不脫除臭氧消毒法中，為了保證臭氧的消毒作用，應(yīng)當(dāng)規(guī)定臭 氧的最低剩余濃度，臭氧濃度不宜低于 0.05ppm,。 對于不脫除臭氧消毒法，應(yīng)在最高臭氧剩余濃度和最低臭氧剩余濃度的 范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)確定合理的臭氧投加量和循環(huán)周期。 三.基本假設(shè) 1.游泳池水封閉循環(huán)，每天循環(huán)次數(shù)最少 4 次，而飲用水是直流的。 2.隨著游泳人數(shù)增加，池水所需氧化劑量也要增加。 3.游泳池水溫度一般為 2540，而飲用水溫度一般為 0.525。 4.游泳池水還要加氯作為輔助消毒劑。 5.

14、游泳池循環(huán)水經(jīng)過濾后加臭氧消毒。因此 CT 值采用 1.6 來確定游泳池水臭氧 消毒系統(tǒng)的大小是比較安全的。有些地區(qū)采用低的 CT 值 0.8，臭氧濃度為 0.2mg/L0.25mg/L，接觸時(shí)間為 3.5min4min，此時(shí)作為輔助消毒的加氯量 可減少 65%。當(dāng)氯作為主要消毒劑而臭氧作為精處理消毒劑時(shí)，CT 值可小于 0.8，臭氧濃度小于 0.5mg/L，接觸時(shí)間小于 1min。 四.模型中用到的符號(hào)的說明 V游泳池總?cè)莘e； V1池水體積 V2循環(huán)池容積； V3泵水箱容積 f 死，泵水箱矢高； 1池地曲率半徑 n1循環(huán)水總量； n2未循環(huán)總量 n3氣泵水總量； n4每日消毒水總量 k2收集

15、系數(shù)，取 0.51.0； T水滯留期（d） ； 7 k3消毒率 f1池地削球體矢高； D圓柱體形池身直徑 1直徑與池頂矢高的比值，取 56；Q1池蓋削球體凈容積 R池身圓柱體內(nèi)半徑； f2池蓋削球體矢高 2直徑與池底矢高的比值，取 810；Q3蓄水池池底削球體凈容積 H蓄水池池身圓柱體高度； S1池地削球面內(nèi)表面積 S2池身圓柱體內(nèi)表面積； S3池底削球體內(nèi)表面積； h1池底拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離 ；h2導(dǎo)水管下露出長度； h3導(dǎo)水管下口到液面距離 五.模型的建立和求解 問題一： 滅藻 抑藻（青苔）與殺蟲：投放硫酸銅（藍(lán)色粉劑） ，每 1000 立方水投 2- 3kg 為宜， （新水加倍

16、）每月 1-2 次，投藥后兩小時(shí)才可以進(jìn)行下面的加藥操作； 操作：水溶化藥品后均勻潑灑水面，開動(dòng)機(jī)器循環(huán)（RECIRE不經(jīng)過濾循環(huán)） 30 分鐘 調(diào)節(jié) PH 值（酸堿度）：PH 在 7.6 左右，每提高 1 度每立方水要投放氫氧化 鈉 10g 操作：水溶化藥品后均勻潑灑水面，開動(dòng)機(jī)器循環(huán)（RECIRE不經(jīng)過濾循環(huán)） 30 分鐘 殺菌與消毒：投三氯異氰尿酸（TCCA 強(qiáng)氯精）滅菌靈消毒片，每立方水 投 2g，最好在開放前 1-2 小時(shí)投放，每提高 0.5ppm 每立方水要投 2g 藥。 操作 ： 1、投放時(shí)間：開放前 1-2 小時(shí) ； 2、均勻把藥片投放池中，開動(dòng)機(jī)器循環(huán)； 3、開放條件：測試含

17、氯量： 1.5 投放凈水劑（沉淀）：聚合化鋁（粉）每立方水投 5-10g， 操作投藥時(shí)間收場后： 1、投藥前（當(dāng)天）要先用池刷把池壁、池底擦刷干凈； 2、把藥品用水稀釋溶化后潑灑水面；3、開動(dòng)機(jī)器循環(huán)（RECIRE不經(jīng)過濾 循環(huán)）30 分鐘，使水面出現(xiàn)礬花后靜止（6-8 小時(shí)后吸污） 吸污 把沉淀到池底的污物吸收排出池外 8 操作：上午進(jìn)行 禁止人入池 一邊吸污一邊補(bǔ)充水量 游泳池日常管理 游泳池活動(dòng)區(qū)域必須干凈不積水 每天使池水循環(huán) 30 分鐘以上，打撈干凈水里的雜物，保持水的 PH 值 7.6 以 上 按水質(zhì)情況及時(shí)投藥 配套設(shè)施保養(yǎng)好、工具管理好 1、臭氧及其二次產(chǎn)物(如羥基)具有最強(qiáng)的

18、殺菌性及滅活病毒的作用，同樣 濃度的臭氧殺滅細(xì)菌和病毒的效果是氯的 600-3000 倍。 2、臭氧是國際公認(rèn)的環(huán)保型綠色殺菌劑，不會(huì)對環(huán)境造成任何二次污染。 3、從水中蒸發(fā)出來的氯代有機(jī)化合物以及氯氣等有毒氣體，聚集在泳池上 方不易散去，損害人的呼吸器官，嚴(yán)重影響人們的身體健康，而使用臭氧則完 全不會(huì)產(chǎn)生此種問題。 4、臭氧是最強(qiáng)的氧化劑，可有效分解水中的腐植質(zhì)，氧化水中的鐵、錳離 子，分解水中散射光線的微小有機(jī)體，使水呈現(xiàn)出美麗的藍(lán)色。 5、使用臭氧發(fā)生器，可大大降低水處理工藝的管理及操作難度，同時(shí)臭氧 發(fā)生器具有很高的安全性，可將臭氧作為水處理唯一的藥劑。 1）多向閥2）砂缸 3）壓力表

19、 9 4）循環(huán)泵 5）管道沖洗泵6）單向閥 7）泳池加熱器（本項(xiàng)目不用） 8）投藥器 9）電控柜 10） 布水器 11） 排水格柵 12） “涌泉” 給水格柵（本項(xiàng)目不用） 13） “涌泉”給水泵（本項(xiàng)目不用）14） 吸污口 15）溢水器 16）岸面排水器 17） 溢水格柵 18）岸面 19）池沿 20） 瀉水格柵 21） 水箱 22）電磁閥 23） 水位探頭 24) 閘閥 問題二： 通常用裝在旁流管上的射流器把臭氧導(dǎo)入水中，為了保證射流器的進(jìn)水壓力， 在旁流管上安裝管道泵加壓。射流器后的水和臭氧混合液從上側(cè)進(jìn)入反應(yīng)罐充 分接觸后從下側(cè)出水與游泳池循環(huán)水主管相接。旁流管中的水在高臭氧濃度下 消

20、毒后再和主管中的水混合并產(chǎn)生氧化反應(yīng)。商業(yè)游泳池水循環(huán)周期采用 6h， 旁流管水流量為循環(huán)水主管流量的 15%25%，可保證臭氧在進(jìn)入主管線前有足 夠的傳質(zhì)效率和足夠的接觸時(shí)間。 用臭氧作為主要消毒劑時(shí) CT 值采用 1.6(0.4mg/L4min)來確定臭氧系統(tǒng)的大 小。根據(jù)商業(yè)游泳池 5060 年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在這樣的系統(tǒng)中用 ORP 控制器可 正確控制池水中臭氧濃度。當(dāng)臭氧發(fā)生器產(chǎn)氣中臭氧重量濃度等于 4%6%時(shí)， ORP 控制值為 850mV。系統(tǒng)中應(yīng)有 2 套 ORP 監(jiān)控裝置。第一套 ORP 控制器的探頭 裝在旁流管上即在反應(yīng)罐的出水管上，控制臭氧系統(tǒng)的交替開停，使臭氧投加 量與游

21、泳人數(shù)一致。第二套 ORP 控制器的探頭裝在主管上，即在主管與旁流管 連接處之后，當(dāng)游泳池水循環(huán)系統(tǒng)的回水管中臭氧濃度過高時(shí)關(guān)閉臭氧發(fā)生器 而提供安全保證。上述濃度是指在加輔助氧化劑之前的濃度(加氯量為 0.2mg/L0.5mg/L)。 由于旁流水流回主管后至少被稀釋 4 倍，系統(tǒng)中剩余臭氧濃度任何時(shí)候都不會(huì) 超過 0.1mg/ L，僅有極少量臭氧流到游泳池中或放出剩余臭氧，符合 OSHA 規(guī) 定室內(nèi)游泳池水面上剩余臭氧濃度為 0.1mg/L 的要求。為了保證安全，在游泳 池和水處理設(shè)備間應(yīng)安裝臭氧監(jiān)測儀。 問題三： 泳池加熱量計(jì)算：泳池所需的加熱量包括以下 4 個(gè)部分； A、水面蒸發(fā)和傳導(dǎo)損

22、失的熱量； B、池壁和池底傳導(dǎo)損失的熱量； C、管道的凈化水設(shè)備損失的熱量； D、補(bǔ)充水加熱需要的熱量。 A、冬季情況下泳池表面蒸發(fā)損失的熱量計(jì)算： 10 Qx（0.0174vf0.0229）(PbPq)A(760/B) 式中 Qx泳池表面蒸發(fā)損失的熱量（kJ/h） ； 熱量換算系數(shù)，4.1868kJ/kcal； 與泳池水溫相等的飽和蒸汽的蒸發(fā)汽化潛熱（kcal/kg） ； vf泳池水面上的風(fēng)速（m/s） ， Pb與泳池水溫相等的飽和空氣的水蒸汽分壓力（mmHg） ； Pq泳池的環(huán)境空氣的水蒸汽壓力（mmHg） ； A泳池的水表面面積（m2） ； B當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Γ╩mHg） 。 B、泳池的水

23、表面、池底、池壁、管道和設(shè)備等傳導(dǎo)所損失的熱量計(jì)算： 傳導(dǎo)所損失的熱量按泳池水表面蒸發(fā)損失熱量的 20%計(jì)算。 查相關(guān)參數(shù)表可知： =2435kJ/kg=579.76kcal/kg Vf=0.35m/s Pb=3.782KPa=28.367mmHg Pq=2.06KPa=15.45mmHg A=330m2 B=764.625mmHg 則 Qx（0.0174vf0.0229）(PbPq)A(760/B) =4.1868579.76（0.01740.35+0.0229） （28.367-15.45） 330760764.625 =24270.02912.917328 =298197（kJ/h） 加

24、上泳池的水表面、池底、池壁、管道和設(shè)備等傳導(dǎo)所損失的熱量，則泳 池每小時(shí)總損失熱量為：2981971.2=357836.4（kJ/h）=85880.74（kcal/h） C、泳池補(bǔ)水加熱所需的熱量： Qbqb（tr-tb）/t 式中 Qb游泳池補(bǔ)充水加熱所需的熱量(kJ/h)； 熱量換算系數(shù)，4.2(kJ/kcal)； qb游泳池每日的補(bǔ)充水量(L)； 水的密度（kg/L） ； tr游泳池水的溫度（） 。 tb游泳池補(bǔ)充水水溫（） ； t加熱時(shí)間（h） 。 11 查相關(guān)參數(shù)表可知： qb=462m35%=23.1m3=23100L； tr=27 tb=10 則 Qbqb（tr-tb）/t =4

25、.2231001(27-10)/24 =68722.5kJ/h =16493.4kcal/h 經(jīng)計(jì)算得泳池平均每小時(shí)經(jīng)水面蒸發(fā)和傳導(dǎo)損失的熱量、池壁和池底傳導(dǎo) 損失的熱量、管道的凈化水設(shè)備損失的熱量、泳池補(bǔ)水所需的加熱量合計(jì)為： 85880.74+16493.4=102374.14（kcal/h） 。 一臺(tái) PASRW200S-U-P 泳池機(jī)每小時(shí)可提供的熱量為 47300kcal/h，而 3 臺(tái) PASRW200S-U-P 泳池機(jī)可提供的熱量為 473003=141900kCal/h，大于泳池每小 時(shí)總的損失量。故泳池每小時(shí)損失的熱量可由 3 臺(tái) PASRW200S-U-P 泳池機(jī)組提 供即

26、可滿足此泳池加熱水溫的要求。 問題四：實(shí)地考察一個(gè)游泳池總?cè)莘e量和換水周期等因素： 本工程位于杭州市，是一個(gè)室外公共恒溫游泳池，泳池面積約為 200m2。本 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于冬季情況下能滿足泳池每小時(shí)所損失的熱量，其它季節(jié)更能滿 足此使用要求?，F(xiàn)選用 PHNIX 泳池?zé)崴畽C(jī)組來加熱與平衡泳池在各個(gè)季節(jié)每天 的熱量損失并將泳池水維持在 26。 冬季情況下泳池表面蒸發(fā)損失的熱量按下式計(jì)算 ： 水面蒸發(fā)和傳導(dǎo)損失的熱量： Qx （ 0.0174vf 0.0229 ） (Pb Pq) A(760/B) 式中 Qx 泳池表面蒸發(fā)損失的熱量（ kJ/h ） ； 熱量換算系數(shù)， 4.1868 kJ /kcal

27、 ； 與泳池水溫相等的飽和蒸汽的蒸發(fā)汽化潛熱（ kcal/kg ） ； vf 泳池水面上的風(fēng)速（ m/s ） ，一般按下列規(guī)定采用：室內(nèi)水池 vf 0.20.5 m/s ；露天水池 vf 23 m/s ； Pb 與泳池水溫相等的飽和空氣的水蒸汽分壓力（ mmHg ） ； Pq泳池的環(huán)境空氣的水蒸汽壓力（ mmHg ） ； A泳池的水表面面積（ m2 ） ； B當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Γ?mmHg ） 。 12 查相關(guān)參數(shù)表可知： =2440 kJ/kg=583 kcal/kg Vf=3.0 m/s Pb=3.363 KPa=25.22 mmHg Pq=1.595 KPa=11.96mmHg A =200

28、 m2 B=765.7 mmHg 則 Qx （ 0.0174vf 0.0229 ） (Pb Pq) A(760/B) =4.1868583（0.01743+0.0229） （25.22-11.96） 200760765.7 =2440（0.0751）13.262000.992 =115216（ kCal/h ） （2）加上泳池的水表面、池底、池壁、管道和設(shè)備等傳導(dǎo)所損失的熱量： 而泳池的水表面、池底、池壁、管道和設(shè)備等傳導(dǎo)所損失的熱量，占泳池水 表面蒸發(fā)損失熱量的 20% 。 則泳池這部分損失熱量為：1152160.2=23043（ kCal/h ） （3）泳池補(bǔ)水加熱所需的熱量： Qbqb（

29、tr- tb）/t 式中 Qb游泳池補(bǔ)充水加熱所需的熱量(kJ/h)； 熱量換算系數(shù)，4.1868(kJ /kcal)； qb游泳池每日的補(bǔ)充水量(L)；按泳池水量的 510%確定；室內(nèi)游泳 池取 5%。 水的密度（kg/L） ； tr游泳池水的溫度（） 。 tb游泳池補(bǔ)充水水溫（） ； t加熱時(shí)間（h） 。 查相關(guān)參數(shù)表可知： qb=300m35%=15000L； tr=26 tb=10 則 Qbqb（tr- tb）/t =4.1868150001(26-10)/24 =10006 kcal/h 經(jīng)計(jì)算得泳池平均每小時(shí)經(jīng)水面蒸發(fā)和傳導(dǎo)損失的熱量、池壁和池底傳導(dǎo)損 13 失的熱量、管道的凈化水

30、設(shè)備損失的熱量、泳池補(bǔ)水所需的加熱量合計(jì)為： 115216 + 23043+10006 = 148265 （kcal/h） 。由于杭州地區(qū)冬季室外空氣調(diào) 節(jié)計(jì)算干球溫度為-4，一臺(tái) PASRW250S-V-P 泳池機(jī)在此環(huán)境溫度條件下每小 時(shí)可提供的熱量為 40000kCal/h，148265/40000=3.7，取 4 臺(tái)。故泳池每小時(shí) 損失的熱量可由 4 臺(tái) PASRW250S-V-P 泳池機(jī)組提供即可滿足此泳池的要求。 問題五： 游泳池使用臭氧的優(yōu)點(diǎn) 1.臭氧及其二次產(chǎn)物(如羥基)具有最強(qiáng)的殺菌性及滅活病毒的作用，可有 效防止傳染性疾病的蔓延，實(shí)驗(yàn)證明，同樣濃度的臭氧殺滅細(xì)菌和病毒的效果

31、 是氯的 600-3000 倍。在臭氧濃度為 1mg/l 時(shí)，糞型大腸桿菌的滅活只需要 5 秒， 用同樣濃度的氯要達(dá)到同樣的效果需要 15000 秒。 2.臭氧是國際公認(rèn)的環(huán)保型綠色殺菌劑，不會(huì)對環(huán)境造成任何二次污染， 而氯制劑會(huì)與水中的有機(jī)物反應(yīng)生成多種氯代有機(jī)化合物，如三氯甲烷、氯仿 等，這些物質(zhì)均為公認(rèn)的致癌致突變物。當(dāng)人游泳時(shí)，這些有毒物質(zhì)會(huì)被人體 所吸收（在水中人體每小時(shí)可吸收 500 毫升水） 。水中的氯代有機(jī)化合物還會(huì)刺 激人的眼睛及皮膚，從而引發(fā)紅眼及皮疹。 3.從水中蒸發(fā)出來的氯代有機(jī)化合物以及氯氣等有毒氣體，聚集在泳池上 方不易散去，損害人的呼吸器官，嚴(yán)重影響人們的身體健康

32、，而使用臭氧則完 全不會(huì)產(chǎn)生此種問題。 4.加氯所產(chǎn)生的次氯酸及其衍生物，嚴(yán)重腐蝕水處理系統(tǒng)及館內(nèi)設(shè)備和結(jié) 構(gòu)如網(wǎng)架、暖氣等。 5.臭氧是最強(qiáng)的氧化劑，可有效分解水中的腐植質(zhì)，氧化水中的鐵、錳離 子，分解水中散射光線的微小有機(jī)體，從而大大提高水的清澈度,使水呈現(xiàn)出美 麗的藍(lán)色，而氯制劑則無此效果。為使水呈藍(lán)色，使用氯制劑的泳池，往往需 加入硫酸銅鹽，對人極為有害。 6.加入氯制劑后，必然會(huì)導(dǎo)致水的 pH 值的改變，使人感到不適，因而需加 入堿性或酸性物質(zhì)予以中和。而臭氧是中性物質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生此種問題。 臭氧能確保大客流量及高溫季節(jié)時(shí)水質(zhì)的穩(wěn)定性，高溫及客流量大時(shí)，水 質(zhì)往往不佳，此時(shí)，如果使用氯

33、制劑，則需大量投加，這將帶來一系列副作用， 如 pH 值的變化、對呼吸道及人體的刺激等；而大量投加臭氧則無此副作用。 7.使用臭氧發(fā)生器，可大大降低水處理工藝的管理及操作難度，同時(shí)臭氧 發(fā)生器具有很高的安全性，而氯制劑在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏、使用時(shí)具有一定的危險(xiǎn)性。 14 8.臭氧可分解水中的有機(jī)物且具有微絮凝作用，因而在正?？土髁肯?，可 以不用絮凝劑。 9.在一定的使用條件下，如逆流式循環(huán)、不使用活性炭濾罐，不必投加氯 制劑、絮凝劑、pH 調(diào)節(jié)劑，可將臭氧作為水處理唯一的藥劑。 臭氧在游泳池中的應(yīng)用方法 1. 傳統(tǒng)的方法 傳統(tǒng)的游泳池臭氧消毒理論認(rèn)為：臭氧是一種非常強(qiáng)的氧化劑，有毒性， 所以絕對不允許

34、臭氧進(jìn)入游泳池內(nèi)。因?yàn)槌粞醯谋戎卮笥诳諝猓绻麖乃形?出，就會(huì)浮在水面上，形成一個(gè)濃度較高的臭氧層，很容易被人吸入，造成中 毒。所以，在水與臭氧反應(yīng)之后回到游泳池內(nèi)之前，必須經(jīng)過脫臭氧裝置，防 止剩余的臭氧進(jìn)入游泳池，在脫臭氧裝置之后，為維持長效殺菌作用，需投加 氯制劑，以保證游泳池內(nèi)的余氯在 0.30.6ppm 之間。在游泳池水處理中，臭 氧的投加量在 0.6-1.0mg/l。 傳統(tǒng)的泳池水處理臭氧消毒法有以下特征： 必須有較大容積的臭氧反應(yīng)器，以保證臭氧與水的接觸反應(yīng)時(shí)間不小于 2 分鐘； 保證臭氧與水反應(yīng)后，水中剩余臭氧濃度不小于 0.4mg/l； 在進(jìn)入水池前利用活性炭脫除全部剩余臭

35、氧； 臭氧消毒后，投加氯消毒劑，使余氯達(dá)到 0.3-0.6mg/l。 在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,上述方法存在如下問題: 臭氧利用率問題；傳統(tǒng)的泳池臭氧消毒工藝需要把剩余臭氧脫除。規(guī)范 要求臭氧投加濃度在 1.0mg/l 左右，剩余臭氧濃度大于 0.4mg/l，這些剩余的 0.4mg/l 臭氧未被利用就被脫除了，等于被利用的臭氧只有 0.6mg/l 左右，其 余的臭氧被浪費(fèi)掉了。而且，將臭氧脫除后，還需要再加氯作為長效消毒劑。 基建投資問題:按傳統(tǒng)游泳池循環(huán)水臭氧消毒方法，臭氧與水的接觸時(shí)間 最好在 3 分鐘以上,如果以最短接觸時(shí)間 2 分鐘計(jì)，對于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)池來說 (2400m3 左右)，水處理循環(huán)流量為

36、 400 m3/h，2 分鐘流量為 13.3 m3。按照要 求,活性炭濾罐的濾速為 30m/h,這就需要一個(gè)過濾面積為 13.3 m3 的活性炭濾 罐,這將大大增加機(jī)房的面積,同時(shí)臭氧系統(tǒng)的造價(jià)會(huì)增加 30%以上. 實(shí)際上，如果不脫除臭氧，這些問題有可能得到解決。因此，國內(nèi)外都有 許多單位對此方法進(jìn)行了研究和應(yīng)用。 2.不脫除臭氧消毒法的理論分析 傳統(tǒng)的泳池臭氧消毒法認(rèn)為臭氧有一定的毒性，所以要求在臭氧進(jìn)入泳池 15 之前將水池中的臭氧全部祛除，以防止臭氧對人體產(chǎn)生危害。 我們知道，物質(zhì)的毒性是與濃度有關(guān)的。臭氧在空氣中的濃度大于 0.1mg/l 時(shí)能對人體呼吸器官產(chǎn)生刺激，在這個(gè)濃度以下，對

37、人體影響不大。 實(shí)際測試表明，當(dāng)臭氧投加量 1.0mg/l 時(shí)，池中臭氧濃度最高不會(huì)超過 0.1mg/l。有資料指出，游泳池水的臭氧濃度在 0.15mg/l 以下時(shí)，對人體無害， 實(shí)際情況也是如此。需要強(qiáng)調(diào)指出的是，毒理學(xué)試驗(yàn)表明，在相同劑量下，臭 氧的毒性低于氯，如果說臭氧在此濃度下對人有害,那么,氯對人體的危害更大。 國外的分析研究表明（限于篇幅，本文不作具體介紹）： 采用直接投加臭氧的游泳池水處理消毒法在理論上有其可行性； 不脫除臭氧消毒法的主要接觸反應(yīng)區(qū)域是在游泳池中，所有臭氧都是自 由活性分子，都能起到消毒作用； 由于臭氧在水中和空氣中都會(huì)衰減，且半衰期較短，因此不會(huì)產(chǎn)生臭氧 濃度的

38、累積； 臭氧在水中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臭氧的投加量，水中的臭氧不會(huì)大量析出， 不會(huì)對人體造成傷害。 為了防止臭氧對人體產(chǎn)生危害，傳統(tǒng)臭氧消毒法規(guī)定了臭氧在水中的最 高剩余濃度；在不脫除臭氧消毒法中，為了保證臭氧的消毒作用，應(yīng)當(dāng)規(guī)定臭 氧的最低剩余濃度，臭氧濃度不宜低于 0.05ppm,。 對于不脫除臭氧消毒法，應(yīng)在最高臭氧剩余濃度和最低臭氧剩余濃度的 范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)確定合理的臭氧投加量和循環(huán)周期。 六、模型檢驗(yàn)與評價(jià)： 一、游泳池水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 我國衛(wèi)生部及體育運(yùn)動(dòng)委員會(huì)于 1985 年 7 月 11 日頒布的游泳池水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如 下： 1、 PH 值 6.5-8.5 2、渾濁度不大于 5 度或池水透

39、明度應(yīng)在 1.5m 左右深處兩沿岸岸邊能看清池 底四、五泳道為準(zhǔn)。 3、耗氧量不得超過 12mg/l 4、游泳余氯應(yīng) 0.4-0.6mg/l,化合性余氯應(yīng)在 1.0mg/l 以上。 5、細(xì)菌總數(shù)不得超過 18 個(gè)/L 6、尿素不得超過 3.5mg/L. 7、池水溫度為 22-26 16 二、國內(nèi)公共浴室衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目更衣室浴室桑拿浴室 室溫 二氧化碳 一氧化碳 照度 水溫 浴池水濁度 25 0.15% 10mg/m3 50lx - - 30-50 0.10% - 30lx 30-50 30 度 60-80 - - 三、人工游泳池池水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB9667-1996） 序 號(hào) 項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn) 1

40、水溫2226（水溫不在本項(xiàng)目要求范圍 內(nèi)） 2PH 值6.58.5 3渾濁度5（NTU） 4尿素3.5 mg/L 5游離性余氯0.30.5 mg/L 6細(xì)菌總數(shù)1000 個(gè)/mL 7大腸菌數(shù)18 個(gè)/L 參考文獻(xiàn)： 1 2 寧平等編固體廢物處理與處置實(shí)踐教程M北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005：122123 3 張穎主編農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：173 4 羅萬成， 大學(xué)生數(shù)學(xué)建模案例精選：西南交通大學(xué)出版社； 5 趙靜 但琦， 數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)第三版 ，高等教育出版社； 6 張方仁. 最小二乘估計(jì)殘差的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)和應(yīng)用. 武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)J.vol.15(2): 91-99，1990 17 18 第十三章