給水管網(wǎng)余氯衰減規(guī)律實驗研究

1、湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文給水管網(wǎng)余氯衰減規(guī)律實驗研究姓名：曾正仁申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：市政工程指導(dǎo)教師：余健20080610碩上學(xué)付論文摘要研究氯消毒劑在給水管網(wǎng)中的變化規(guī)律，建立余氯衰減預(yù)測模型，對于我國消毒系統(tǒng)的設(shè)計和運行具有十分重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。本文以廣州市某水廠炭濾后水（濃度左右）為源水，以氯胺為消毒劑，通過燒杯實驗，研究了有機物、初始氯濃度、溫度、還原性無機離子（）對主體水余氯衰減的影響。實驗結(jié)果表明：隨著有機物濃度增加，余氯衰減系數(shù)也相應(yīng)增加；初始氯濃度越高，總衰減量越大，但主體水衰減系數(shù)隨初始濃度升高而降低；越低，余氯衰減系數(shù)越大；在范圍內(nèi)，溫度越高，余氯衰減系數(shù)越快；可以

2、促進余氯的衰減；余氯與的反應(yīng)不是快速反應(yīng)。在綜合分析各個因素對主體水余氯衰減影響的基礎(chǔ)上，建立了主體水余氯衰減系數(shù)模型，并進行了驗證，該預(yù)測模型具有較好的預(yù)測效果。采用自行設(shè)計的給水管網(wǎng)模擬系統(tǒng)中試裝置，以廣州市某水廠出廠水（或炭濾后水）為研究對象，研究了初始氯濃度、流速、管材以及管徑對管網(wǎng)余氯衰減的影響，實驗結(jié)果表明：在初始氯濃度為范圍內(nèi)，初始濃度越高，管網(wǎng)余氯衰減系數(shù)越大，但衰減系數(shù)的上升速率隨初始氯濃度的增加有所降低；對管網(wǎng)余氯的衰減影響顯著，越低，余氯衰減速率越快，衰減系數(shù)越大；越低，濁度上升速率越大；管網(wǎng)余氯衰減系數(shù)隨著流速的增加而增加；流速增加會加速管壁附著物質(zhì)的脫落，引起管網(wǎng)水濁

3、度上升；就新管而言，管材（水泥內(nèi)襯鑄鐵管和管）對余氯在管網(wǎng)中的衰減規(guī)律幾乎沒有影響；內(nèi)，在鑄鐵管中的上升幅度明顯大于管；管徑越小，管網(wǎng)水與管壁的接觸率越大，管網(wǎng)余氯衰減系數(shù)越大，的上升幅度越大。對廣州市實際管網(wǎng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：管壁因素（生物膜和腐蝕沉積物）是影響余氯衰減關(guān)鍵性因素；實驗室內(nèi)實驗結(jié)論與實際管網(wǎng)調(diào)查一致。因此，控制管網(wǎng)余氯衰減的關(guān)鍵是控制生物膜量和管網(wǎng)腐蝕。關(guān)鍵詞：給水管網(wǎng)；余氯；模型；管網(wǎng)模擬系統(tǒng)；氯胺給水管網(wǎng)余氯衰：成規(guī)律實驗研究，（）（），。：，；，；，；，：，；，（），碩士學(xué)位論文，：；湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得

4、的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：嗜糾久嗍腑月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。、不保密固。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)

5、打“）作者簽名：嘭己日期：瓣月日導(dǎo)師簽名：條銅也日期：沙論年了月。壘日碩學(xué)位論文論文研究背景及意義第章緒論論文研究背景城市供水系統(tǒng)由取水、水處理和配水管網(wǎng)三部分組成，首先從水源取水然后送至水廠處理，經(jīng)水廠凈化后的水，最終均需要通過鋪設(shè)在地下復(fù)雜的輸配水管網(wǎng)送至千家萬戶。城市供水系統(tǒng)的主要任務(wù)就是保證為用戶提供安全可靠的自來水。這其中包括兩個部分，即水量和水質(zhì)。保證水量就是在用戶水龍頭處保持足夠的壓力，使用戶能夠得到所需要的水量；保證水質(zhì)就是保證用戶能夠飲用到合格的自來水，也就是用戶飲用的水質(zhì)是符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的。通過水處理工藝去除水中污染物質(zhì)和病原菌是保證水質(zhì)的重要措施，消毒是水處理

6、工藝中的重要組成部分。最早在水處理行業(yè)中得到應(yīng)用的消毒劑是氯，其消毒作用是著名科學(xué)家赫于年在實驗室中發(fā)現(xiàn)的。年，為了控制傷寒的暴發(fā)，倫敦首次在公共供水系統(tǒng)中采用了連續(xù)的氯化消毒處理。年，美國芝加哥的水廠首次將氯消毒作為常規(guī)處理工藝。此后二三十年間，加氯處理在水處理中被廣泛應(yīng)用，成為直到目前仍然被絕大多數(shù)水廠采用的保障飲用水衛(wèi)生的最后屏障。氯消毒劑從應(yīng)用到給水處理領(lǐng)域起，其在管網(wǎng)中的衰減規(guī)律一直是給水處理研究的熱點。當(dāng)前，對于給水管網(wǎng)水質(zhì)的研究主要集中在生物穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性（主要是鐵釋放）和（消毒副產(chǎn)物，）三個方面，而這三個領(lǐng)域都與消毒劑的衰減有著很大的關(guān)系。近二十年來，國內(nèi)外對于配水管網(wǎng)中懸

7、浮菌生長特性已經(jīng)做了比較深入的研究，研究表明：管網(wǎng)中消毒劑余量和營養(yǎng)基質(zhì)是控制懸浮菌生長的關(guān)鍵因素。并將生物穩(wěn)定性的研究重點從懸浮菌轉(zhuǎn)向生物膜，有研究人員提出：管網(wǎng)中的懸浮菌主要來自于管網(wǎng)管壁上生物膜的脫落，且在管網(wǎng)水中維持（可同化有機碳，）為，消毒劑濃度為時基本上可以控制管網(wǎng)內(nèi)生物膜生長【。為了保證管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性，降低微生物風(fēng)險，且經(jīng)濟合理地投加氯消毒劑，氯消毒劑在管網(wǎng)中的衰減規(guī)律成為研究的關(guān)鍵；氯消毒劑在清水池和管網(wǎng)中滅活細菌的同時與有機物反應(yīng)，生成具有“三致（致癌、致畸、致突變）作用的消毒副產(chǎn)物，對人體健康具有潛在的危險。國內(nèi)外的許多研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：消毒劑投加量和投加方式是影響消毒副產(chǎn)物

8、生成量的重要因素】。深入研究消毒劑在管網(wǎng)內(nèi)的衰減規(guī)律對于控制消毒副產(chǎn)物產(chǎn)量，降低其對人體的潛在危害，具有十分重要的現(xiàn)實意給水管網(wǎng)余氯衰減規(guī)律實驗研究義。給水管網(wǎng)的腐蝕不僅造成管道破裂，管網(wǎng)水滲漏等事故，由于腐蝕在管道內(nèi)部生成的瘤狀物等腐蝕產(chǎn)物還會縮小管道輸水面積，增大輸水阻力和輸水能耗；其中腐蝕產(chǎn)物中金屬離子的釋放還會增大出水濁度，降低管網(wǎng)水水質(zhì)，其中以鑄鐵為管材的管網(wǎng)中鐵的釋放是當(dāng)前比較突出的問題。國外內(nèi)許多研究表明：以鑄鐵為管材的給水管網(wǎng)中，氯消毒劑濃度是影響鐵釋放速率的個十分重要的因素，高的消毒劑濃度會抑制鐵的釋放【】。因此，深入研究氯消毒劑在管網(wǎng)內(nèi)的衰減規(guī)律對于控制管網(wǎng)鐵釋放，防止管道

9、腐蝕具有十分重要的實際意義。我國目前水廠中使用的消毒工藝以氯消毒劑為主。但是，在我國南方的不少水廠中由于原水氨氮太高，采用氯胺消毒工藝；在部分大城市，由于配水管網(wǎng)龐大，水在管網(wǎng)中的停留時間很長，為了維持管網(wǎng)中的余氯，也采用了氯胺消毒的做法。維持一定濃度的余氯是保證管網(wǎng)水質(zhì)的一個重要條件。我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（）把余氯作為細菌學(xué)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)以氯胺為消毒劑時，出廠水總余氯在接觸分鐘后，不應(yīng)低，在管網(wǎng)末稍不低于。因此研究氯胺在供水管網(wǎng)中的衰減規(guī)律對于我國消毒系統(tǒng)的設(shè)計和運行具有十分重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。論文研究意義本文研究以氯胺為消毒劑時余氯在配水管網(wǎng)中的衰減規(guī)律，建立余氯衰減模型。通過

10、研究余氯在管網(wǎng)中各影響因素下的衰減規(guī)律，確定影響余氯衰減的主要因素，利用數(shù)學(xué)工具，建立余氯在配水管網(wǎng)中衰減的動力學(xué)模型，為我國給水管網(wǎng)消毒系統(tǒng)的設(shè)計提供一定的參考，為水廠投加余氯提供科學(xué)的指導(dǎo)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀飲用水中采用氯消毒方法始于世紀(jì)初，其作為消毒劑已經(jīng)有多年的歷史。國內(nèi)外學(xué)者對飲用水氯化消毒的研究主要集中在兩個方面：（）飲用水氯化消毒機理研究；（）氯在給水管網(wǎng)中的衰減機理研究。氯消毒概述飲用水中采用氯消毒方法始于世紀(jì)初，其作為消毒劑已經(jīng)有多年的歷史。年倫敦霍亂流行，博士經(jīng)過仔細的流行病學(xué)研究之后，確定水是這種疾病的傳播途徑。年在實驗室證明，氯氣可以殺死病菌。年英國發(fā)生了一場通過飲用水傳染

11、而引發(fā)傷寒大流行病的事件，為了達到殺菌的效果水廠首次采用次氯酸鈉（）做消毒劑，對出廠水進行消毒，碩上學(xué)位論文自此之后世界各地水廠陸續(xù)使用氯消毒以達到殺菌的效果。年芝加哥的過濾廠開始使用常規(guī)消毒。與此同時，博士完善了她著名的消毒理論。年，液氯消毒被應(yīng)用到大型設(shè)施中，從此氯化工藝迅速增加。氯消毒操作使用簡單，成本低，消毒持續(xù)性好，余氯容易測定。因此成為最經(jīng)濟、有效和應(yīng)用最廣泛的消毒劑。自年代開始，氯仿等氯化消毒副產(chǎn)物相繼在自來水中被檢出，氯化消毒工藝的地位開始受到挑戰(zhàn)，開始采用氯胺代替氯作為第二消毒劑維持配水管網(wǎng)中的消毒作用。我國目前水廠中使用的消毒工藝以氯消毒為主。在我國南方的不少水廠中由于原水

12、氨氮太高，采用氯胺消毒工藝。在北京、天津、上海、廣州等大城市的超大管網(wǎng)中為了維持余氯，也采用了氯胺消毒的做法。氯消毒機理氯與水反應(yīng)時，一般要產(chǎn)生“歧化反應(yīng)”，即其中一個氯原子被氧化成為，另一個氯原子則被還原成一，反應(yīng)方程式】：，日尊（）而次氯酸是一種很弱的酸，它電離為：肋兮一（）平衡常數(shù)：即一；網(wǎng)（時，）（）由式（）可以看出，次氯酸】占次氯酸根【】的相對比例取決于溫度和值。當(dāng)，溫度為時，【與【】在水中的數(shù)量大體相等；當(dāng)時，次氯酸是占優(yōu)勢的物種；當(dāng)時，次氯酸根】是占優(yōu)勢的物種。實際上，次氯酸是比次氯酸根消毒能力大得多的消毒劑，如次氯酸殺死大腸埃希氏菌（）的能力比次氯酸根要大至倍，因為次氯酸是很小

13、的中性分子，它能擴散到帶有負電荷的細菌表面，并穿透細胞壁到細菌內(nèi)部。同時，由于它是一種強氧化劑，容易損壞細菌的細胞膜，使內(nèi)部的蛋白質(zhì)、等物質(zhì)釋出，并影響多種酶系統(tǒng)，從而使細菌死亡。而次氯酸根帶有負電荷，它難于接近帶負電荷的細菌表面，所以殺菌能力比次氯酸差得多。氯的氧化作用是破壞酶系統(tǒng)使細菌死亡，因為酶是促進葡萄糖吸收和新陳代謝作用的催化劑。氯胺消毒機理國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，當(dāng)水中存在氨時，與氨產(chǎn)生下列的逐步反應(yīng)：鋦給水管網(wǎng)余氯衰減規(guī)律實驗研究一（）十（）一（），和分別稱一氯胺、二氯胺和三氯胺。上述反應(yīng)主要由和氯氨比控制，溫度和接觸時間也起到一定的作用。圖充分的說明了在之間時：與形成的氯胺的種類

14、的相關(guān)性【。這幅圖顯示在氯胺比小于：時一氯胺的量占有決定性優(yōu)勢。：從：增加到：時轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)，剩余氯量減少到最小。折點氯化反應(yīng)生成氮氣，硝酸鹽，氯化氮。在：大于：時，自由氯和三氯化氮開始出現(xiàn)。投氯量圖折點加氯曲線為了避免折點反應(yīng)，一般將：（質(zhì)量比）比維持在之間，實際上：為時對于消毒是最佳的，但在實際操作中很難維持折點曲線上這一點的操作。：在。時，氯胺混合物中，一氯胺是首選的飲用水消毒劑種類，因為二氯胺和三氯胺會引起惡臭的產(chǎn)生。為了保證不產(chǎn)生這些化合物，公認的限制：為：。然而，由于氨量過高，這樣的：比又會導(dǎo)致硝化作用和微生物的增長。因此，：到：的：比中，：成為公認的氯胺消毒時最佳的氯氮比。盆、，露

15、寸蓮珀圖氯胺種類隨變化的分配系數(shù)【碩：學(xué)位論文圖顯示了氯胺的種類和變化的相關(guān)性，在低時二氯胺占優(yōu)勢。此外，在大約一天的時間，若沒有和：的調(diào)整，一氯胺的衰減速率小于二氯胺的，分別為和。在有存在的情況下，二氯胺相對不穩(wěn)定。因此純的一氯胺溶液很難發(fā)生和保存。表氯形成一氯胺的反應(yīng)時間時間（秒）表顯示，當(dāng)溫度，為時，產(chǎn)生一氯胺的反應(yīng)數(shù)秒內(nèi)就完成【。因此，相應(yīng)于一般給水系統(tǒng)的條件下，水中主要以一氯胺的形式存在。氯胺消毒起消毒作用的是其緩慢釋放的。當(dāng)因衰減而減少時，按逆反應(yīng)方向生成，從而實現(xiàn)消毒的目的。在實際生產(chǎn)中，在將和的物質(zhì)的量比控制在之間，以保證在正常值下一氯胺是主要生成物。當(dāng)太低，和的比值越高，對生

16、成較不穩(wěn)定的有利，當(dāng)時，和共存。它是一種比更強的消毒劑，但不穩(wěn)定，有明顯的氣味。余氯余氯是指水經(jīng)加氯消毒，接觸一定時間后，余留在水中的氯量。有三種形式：總余氯總余氯包括，等。化合性余氯化合性余氯包括，及其他氯胺類化合物。自由余氯自由余氯（游離性余氯）。包括及。等。在以下的論述中，未經(jīng)說明，所指的余氯都為總余氯。管網(wǎng)余氯衰減研究進展國內(nèi)外的研究結(jié)果表明管網(wǎng)中余氯的衰減主要由兩部分組成：一部分是氯在主體水中與有機物以及一些還原性無機離子反應(yīng)引起的衰減，即主體水衰減，該部分的衰減系數(shù)計為：另一部分是由于氯與管壁上的生物膜、腐蝕產(chǎn)物或者管給水管嗍余氯哀減規(guī)律實驗研究材本身反應(yīng)引起的衰減，稱為管壁衰減，

17、該部分的衰減系數(shù)計為。管網(wǎng)中余氯總的衰減為。目前國內(nèi)外建立的管網(wǎng)余氯衰減模型主要包括：一階模型、二階模型、階模型、兩階段模型、基于質(zhì)量傳輸?shù)囊浑A模型以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（，）。給水管網(wǎng)主體水余氯衰減影響因素研究進展給水管網(wǎng)中影響主體水余氯衰減的因素主要有有機物或還原性無機物，初始氯濃度，溫度，等。有機物國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，水中有機物的初始濃度影響余氯衰減。年等人在實驗室內(nèi)將個水樣中氯的初始濃度調(diào)整到，研究了總氯的衰減過程，并且建立了兩階段二級動力學(xué)模型。該模型將與有機物濃度有關(guān)的參數(shù)考慮在內(nèi)，并且提供了氯與有機物反應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)。但是考慮到不同水樣中可以與氯反應(yīng)的有機物濃度不同，沒有能夠在

18、參數(shù)和之間建立具體關(guān)系。年】在一個報告中指出：一級動力學(xué)衰減系數(shù)與之間是線性關(guān)系。年，】等人以地區(qū)給水系統(tǒng)為研究對象，在實驗室內(nèi)研究影響游離氯主體水衰減的因素時發(fā)現(xiàn)：主體水衰減系數(shù)與和成線性關(guān)系，但并不是以前研究者所認為的通過原點的線性關(guān)系，而是在其線性表達式中有一定的截距。如下式：厶一（）一口（）并且指出：僅僅可以表示水中有機物含量的高低，但是并不能很清晰的表示其中與氯具有反應(yīng)活性的物質(zhì)的含量；值的高低可以表示有機物中不飽和鍵的多少，而不飽和鍵是有機物中潛在的可以與余氯發(fā)生反應(yīng)的部位。年，【等人以英國墨爾本水廠為研究對象進行研究發(fā)現(xiàn)：主體水衰減系數(shù)與濃度之間為冪函數(shù)關(guān)系；年，】以葡萄牙阿爾馬

19、登市的給水管網(wǎng)為對象進行研究，分別用一級動力學(xué)模型和平行一級動力學(xué)模型對游離氯主體水衰減試驗數(shù)據(jù)進行擬合也發(fā)現(xiàn)：兩種模型擬合得出的衰減系數(shù)都與具有線性關(guān)系，并且具有一定的截距，相關(guān)系數(shù)超過。年，】等人在實驗室內(nèi)模擬腐殖酸溶液中一氯胺的衰減，對實驗結(jié)果進行分析后認為可以根據(jù)腐殖酸的結(jié)構(gòu)把腐殖酸分為快速反應(yīng)和慢速反應(yīng)兩部分，采用四個與消毒有關(guān)的參數(shù)描述余氯的快速衰減（路徑）和慢速長期衰減（路徑）：兩反應(yīng)速率常數(shù)（。和）；兩反應(yīng)基團分?jǐn)?shù)（和）。在此次實驗條件下，研究發(fā)現(xiàn)模型中的快速消毒劑需求參數(shù)和都是常數(shù)，然而，不是常數(shù)，而是的函數(shù)，隨的升高而降低，可能是由自然有機物中特定的反應(yīng)基團引起的。年，等人

20、應(yīng)用開碩學(xué)位論文發(fā)了一個復(fù)合模型模擬人工自然有機物配水中一氯胺的衰減。一氯胺與自然有機物的反應(yīng)采用包含四個特定反應(yīng)參數(shù)的兩相模型描述：自然有機物反應(yīng)路徑涉及直接與一氯胺反應(yīng)的那部分自然有機物（×。）；自然有機物反應(yīng)路徑涉及引起一氯胺慢速衰減和引起一氯胺分解產(chǎn)生的自由氯衰減的自然有機物（××。），這部分自然有機物是導(dǎo)致一氯胺衰減的主體。另外，研究結(jié)果表明，自然有機物中與自由氯反應(yīng)的基團部分跟處的比紫外吸光值相關(guān)。年，唐鋒【”】以天津市某中試系統(tǒng)過濾后出水為試驗對象，研究了有機物對一氯胺主體水衰減的影響，結(jié)果表明：一氯胺主體水衰減系數(shù)與成正比。初始氯濃度年，等人以英國

21、富蘭克林水廠處理后的水和伯明翰大學(xué)的自來水為研究對象，在實驗室內(nèi)研究了游離氯初始投加濃度對主體水余氯衰減的影響，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：初始投加濃度對于主體水衰減有重要的影響，衰減系數(shù)與初始濃度的倒數(shù)成正比。年，等人在地區(qū)個采樣點采樣，通過實驗室內(nèi)試驗研究了影響游離氯主體水衰減的影響因素，試驗結(jié)果也發(fā)現(xiàn)：初始投加濃度與主體水衰減系數(shù)成反比關(guān)系，其表達式的為。年，】等人從英國墨爾本水廠取樣進行研究時也發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律。年，”】等人以不同處理工藝后出水為研究對象，以氯胺為消毒劑，研究了初始氯濃度對余氯衰減的影響，結(jié)果表明：初始氯濃度對余氯衰減的影響不顯著。年，唐鋒】以天津市某中試系統(tǒng)過濾后出水為試驗對象，研

22、究了初始氯濃度對一氯胺主體水衰減的影響，結(jié)果表明：一氯胺主體水衰減系數(shù)與初始氯濃度成反比。溫度溫度對主體水衰減影響的研究從上世紀(jì)年代就開始了，幾個研究組【，】相繼進行了研究，都觀察到衰減速率隨著溫度的升高而升高，但是這些研究都沒有給出兩者之間具體的關(guān)系。年，】進一步研究了溫度和有機物濃度（）對于衰減速率的影響，并且在其報告中指出：以前關(guān)于溫度對衰減速率的研究可以歸結(jié)為下式：，叫一）式中：為一級動力學(xué)模型中的主體水衰減系數(shù)。但是在這個報告中沒有數(shù)據(jù)對上式進行校正，只是估計×（），。當(dāng)溫度從上升到。時，通過上式的計算，反應(yīng)速率可以上升到原來的倍。年】等人以英國富蘭克林水廠處理后的水和伯明

23、翰大學(xué)的自來水為研究對象，在實驗室內(nèi)研究了溫度對于游離氯主體水衰減的影響，發(fā)現(xiàn)衰減系數(shù)與溫度之間給水管網(wǎng)余氯衰減規(guī)律實驗研究具有指數(shù)關(guān)系，但是更加精確的表達還得取決于水中有機物的濃度及其反應(yīng)活性；年，】等人在地區(qū)個采樣點采樣在實驗室內(nèi)對影響游離氯主體水衰減的因素進行研究發(fā)現(xiàn)：阿雷尼烏斯方程可以很好的表示溫度對衰減系數(shù)的影響，對試驗數(shù)據(jù)符合最好的曲線的超過了，模型預(yù)測值與試驗值之間的最大偏差，也在試驗測量誤差之內(nèi)。當(dāng)優(yōu)化的數(shù)值時，溫度從上升到時，衰減速率可以增加到原來的倍；【】等人以英國墨爾本水廠為研究對象，從年到年歷時兩年半的時間，通過個水樣的主體水衰減實驗也發(fā)現(xiàn)：溫度對主體水衰減系數(shù)的影響符

24、合阿雷尼烏斯方程的形式，當(dāng)溫度從上升到時，衰減系數(shù)可以增加倍。年，等人采用實驗室配水的方式研究了溫度對一氯胺自降解的影響，結(jié)果表明：在的范圍內(nèi)，溫度對一氯胺的自降解有重要影響，當(dāng)為，溫度時，一氯胺自降解的半衰期為小時，而時一氯胺的自降解半衰期超過小時。年，等人取出水研究了溫度對余氯衰減的影響，研究發(fā)現(xiàn)：實驗進行小時后就可以觀察到不同溫度條件下氯胺衰減有明顯的差異；溫度越高，氯胺的衰減速率越快。年，唐鋒【】以天津市某中試系統(tǒng)過濾后出水為試驗對象，研究了溫度對一氯胺主體水衰減的影響，結(jié)果表明：一氯胺主體水衰減系數(shù)隨著溫度升高而相應(yīng)升高，認為衰減系數(shù)與溫度的關(guān)系可以用冪函數(shù)模型來表示。由于飲用水在輸

25、配過程中變化不大（），所以關(guān)于對余氯衰減影響的研究較少。年，】等人在對地區(qū)給水系統(tǒng)為研究對象進行游離氯主體水衰減試驗研究，在所有的水樣中，沒有發(fā)現(xiàn)對主體水衰減系數(shù)有明顯的影響，并指出其原因可能是水樣變化范圍太小所致。年，”】等人取四種不同處理工藝后出水研究了對余氯衰減的影響，當(dāng)從增加到時，余氯的衰減速率變慢。年，唐鋒【】以天津市某中試系統(tǒng)過濾后出水為試驗對象，研究了對一氯胺主體水衰減的影響，結(jié)果表明：一氯胺主體水衰減系數(shù)隨著的升高而相應(yīng)降低，衰減系數(shù)與的關(guān)系可以用冪函數(shù)表示。還原性無機物國內(nèi)外的研究表明，配水系統(tǒng)中氯胺的衰減與許多因素有關(guān)，包括一些可以導(dǎo)致氯胺衰減的還原性無機物質(zhì)（如。）。配水

26、系統(tǒng)中的是由不完全的細菌硝化產(chǎn)生的。配水系統(tǒng)和清水池中都存在硝化細菌的生長。例如，年，】以澳大利亞南部的氯胺化配水系統(tǒng)為研究對象，研究結(jié)果表明：在所采集的個水樣中，（個水樣）的水樣含有硝化細菌。盡管配水系統(tǒng)中總氯達到（大部分為一氯胺），仍然有的水樣存在硝化細菌。不完全碩十學(xué)位論文的硝化反應(yīng)會導(dǎo)致的積累。例如，年，】等人發(fā)現(xiàn)配水系統(tǒng)中的高達。年，發(fā)現(xiàn)在氯與的反應(yīng)過程中，。被很快氧化為。，。被還原成。年，等人在實驗室配水研究一氯胺與之間的反應(yīng)動力學(xué)，評價了，溫度，過量的以及一氯胺和初始濃度對反應(yīng)速率的影響。結(jié)果表明：的表觀反應(yīng)速率與【】（】）呈比例關(guān)系，反應(yīng)速率與呈很好的比例關(guān)系；在的條件下，其反

27、應(yīng)的活化能非常低，為；磷酸鹽催化一氯胺與之間的反應(yīng)。年，】等人以實驗室配水為研究對象，研究了。與一氯胺之間的反應(yīng)，結(jié)果表明：一氯胺氧化一的反應(yīng)過程通過形成中間產(chǎn)物，溫度時，其二級反應(yīng)動力學(xué)速率常數(shù)為±×。一；在約的條件下，進一步快速反應(yīng)形成的產(chǎn)物主要為，。，。年，】等人采用實驗室配水的方式研究了與對一氯胺衰減的影響，結(jié)果表明：單獨投加或都會加快氯胺的衰減：當(dāng)同時投加與。時，一氯胺的衰減較單獨投加或時更快。年，唐鋒【”以天津市某中試系統(tǒng)過濾后出水為試驗對象，研究了。對一氯胺主體水衰減的影響，結(jié)果表明：的存在強化了一氯胺的衰減，其衰減系數(shù)隨濃度的升高而增大。給水管網(wǎng)管壁余氯衰減

28、影響因素研究進展國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，影響給水管網(wǎng)管壁余氯衰減的因素主要有初始氯濃度，值，水力因素，管材，管徑，管道敷設(shè)年代（管壁生物膜和管道腐蝕產(chǎn)物）等。初始氯濃度年，等人利用自行設(shè)計的管段反應(yīng)器，以上世紀(jì)年代鋪設(shè)的無內(nèi)襯鑄鐵管為研究對象，研究了在該管段管壁作用下，不同初始投加濃度對游離氯衰減的影響，研究發(fā)現(xiàn)：管壁作用下，游離氯在不同初始投加濃度下的衰減速率基本上沒有變化，說明管壁對于游離氯衰減的影響符合零級反應(yīng)，認為：管壁處消毒劑的衰減速率由腐蝕產(chǎn)物，例如還原性二價鐵離子的釋放速率控制，而不是由消毒劑濃度控制。而年，】等人在實驗室內(nèi)利用一種安裝了一完整管段的裝置研究游離氯與管壁的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)

29、：游離氯與管壁的反應(yīng)符合一級動力學(xué)模型而不是零級動力學(xué)模型，認為：氯向管壁表面的傳輸速度是管壁處氯衰減的關(guān)鍵控制步驟，而不是管壁上腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生。年，唐鋒【】以取白天津市管網(wǎng)系統(tǒng)的使用年限為年的鑄鐵管為基礎(chǔ)加工管段反應(yīng)器，在此反應(yīng)器內(nèi)研究了初始氯濃度對管壁一余氯衰減的影響，結(jié)果表明：一余氯在管壁處的衰減系數(shù)隨初始氯濃度的升高而增大。崔勇【】等人在實驗室建立銅給水管余氯衰減規(guī)律實驗研究管輸配系統(tǒng)，研究了初始氯濃度對管壁處余氯衰減的影響，研究結(jié)果表明初始氯濃度對銅管管壁處余氯衰減系數(shù)影響不大。值是影響管道腐蝕的一個重要因素，管道腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物，是導(dǎo)致消毒劑衰減的一個重要因素，因此，亦是影響管壁

30、對于消毒劑衰減貢獻的一個重要因素。年，】等人利用自行設(shè)計的管段反應(yīng)器，以上世紀(jì)年代鋪設(shè)的無內(nèi)襯鑄鐵管為研究對象，研究了在該管段管壁作用，對游離氯衰減的影響，研究發(fā)現(xiàn)：隨著的降低，游離氯的衰減速率升高。認為對腐蝕過程的促進作用是產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因。年，唐鋒【】以取白天津市管網(wǎng)系統(tǒng)的使用年限為年的鑄鐵管為基礎(chǔ)加工管段反應(yīng)器，在此反應(yīng)器內(nèi)研究了對管壁一氯胺衰減的影響，結(jié)果表明：一氯胺在管壁處的衰減系數(shù)隨的升高而減小。崔勇【等人在實驗室建立銅管輸配系統(tǒng)，研究了對管壁處氯胺衰減的影響，研究結(jié)果表明：銅管管壁處氯胺衰減系數(shù)隨的升高而減小。水力條件國內(nèi)外大部分研究人員認為消毒劑向管壁的傳輸速率是管壁影響

31、下控制消毒劑衰減的關(guān)鍵因素，不同的流速產(chǎn)生不同的水流狀態(tài)，導(dǎo)致不同的傳質(zhì)能力。所以，理論上分析：流速是影響管壁對消毒劑衰減貢獻率的另一個重要因素。年，】等人利用自行設(shè)計的管段反應(yīng)器，以上世紀(jì)年代鋪設(shè)的無內(nèi)襯鑄鐵管為研究對象，研究了在該管段管壁影響下，不同流速下，游離氯的衰減情況，研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)水流速度由上升到時，。由上升到；年，】等人在近似相同的流速范圍內(nèi)觀察到了、相似的上升趨勢。童禎恭【等于年提出，流態(tài)的變化會影響水質(zhì)：在水管內(nèi)表面有一層似乎不流動的薄水層，當(dāng)流速增大時該水層減薄，使得氧的擴散補給容易，故促進了銹蝕。同時，腐蝕程度的增加又加快了氯的衰減，也就是說余氯衰減系數(shù)與流速成證比。等于年

32、在現(xiàn)場測試余氯衰減的情況時也發(fā)現(xiàn)了相同的現(xiàn)象。年，唐鋒【】以取白天津市管網(wǎng)系統(tǒng)的使用年限為年的鑄鐵管為基礎(chǔ)加工管段反應(yīng)器，在此反應(yīng)器內(nèi)研究了流速對管壁一余氯衰減的影響，結(jié)果表明：一氯胺在管壁處的衰減系數(shù)隨流速的升高而增大。崔勇等人在實驗室建立銅管輸配系統(tǒng)，研究了初始氯濃度對管壁處余氯衰減的影響，研究結(jié)果表明流速對銅管管壁處氯胺衰減系數(shù)影響不大。年，等人利用由不同管材分別組成的小型環(huán)狀管網(wǎng)反應(yīng)器，研究水流速度對化合氯衰減的影響，結(jié)果表明，化合氯總衰減系數(shù)與雷諾數(shù)成正比，隨著管道內(nèi)水流流速的增加，管網(wǎng)水中化合氯的衰減加快。碩仁學(xué)位論文管材】研究發(fā)現(xiàn)，管材對管網(wǎng)中氯的衰減有重要影響，在相同的管道敷設(shè)

33、年代條件下，就氯衰減系數(shù)的大小而言：鋼管塑料管，非涂襯管涂襯管。等人利用由四種不同管材（舊管，敷設(shè)年代達年）單獨組成的小型壞狀管網(wǎng)反應(yīng)器，研究管材對管道內(nèi)化合氯衰減的影響。研究發(fā)現(xiàn)，管材對總氯的衰減速率影響從大到小依次為：鍍鋅鋼管非涂襯鑄鐵管管涂襯鑄鐵管。管徑余氯和管壁的接觸面積愈大，余氯的衰減速度愈快。若將管道中單位體積的水與管壁的接觸面積稱為接觸率，那么水與管壁的接觸率和管道直徑成反比。即：尺一署一三氕一式中：一一接觸率；一一管道直徑：一一管道半徑；一一管道長度。由式（）可知，管徑愈大接觸率愈小，余氯衰減速度也愈慢。（）管道敷設(shè)年代研究發(fā)現(xiàn)，服務(wù)年限對不同管材組成的管網(wǎng)中余氯衰減的影響從大

34、到小分別為：非涂襯普通鑄鐵管，鋼管，水泥涂襯普通鑄鐵管和水泥涂襯可延性球墨鑄鐵管，、以及管。給水管網(wǎng)主體水余氯衰減模型研究進展由于主體水中余氯衰減的研究方法容易實現(xiàn)，所以關(guān)于這方面的研究很多，國內(nèi)外有很多研究成果都是關(guān)于主體水中余氯衰減模型?，F(xiàn)將其研究成果歸納如下。經(jīng)驗?zāi)Ｐ妥钤绲挠嗦人p模型是和】在年建立的：“（）式中：。一一（）時刻消耗的氯；一一時消耗的氯；一一水樣的特征常數(shù)。世紀(jì)年代以來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（，）技術(shù)在給水處理領(lǐng)域得到運用?！康冗x擇水廠清水池的進水流量、投氯量、出余氯濃度、水溫的組監(jiān)測數(shù)據(jù)，運用技術(shù)模擬和預(yù)測了清水池中給水管嗍余氯衰減艦律實驗研究的余氯濃度。一級反應(yīng)模型年提出的一

35、級反應(yīng)動力學(xué)模型【：，（）（）式中：。一一時刻氯的濃度；一一氯的初始濃度；一一一級反應(yīng)速率常數(shù)。一級反應(yīng)動力學(xué)模型形式簡單，得到了非常廣泛的運用，但是它不能夠反映消毒初始階段氯的快速衰減以及長時間后氯的緩慢衰減【。二級反應(yīng)模型年，根據(jù)一個假想的不可逆反應(yīng)建立了余氯衰減二級模型【】：以一礦（）式中：一一余氯；一一與余氯反應(yīng)的物質(zhì)；一一反應(yīng)生成物；，一一化學(xué)計量系數(shù)。假設(shè)式（）的反應(yīng)對和均為一級反應(yīng)，則反應(yīng)速率可以表示為：魯一口，魯“口”?？偡磻?yīng)為二級反應(yīng)，（）式中，一一分別表示反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速率常數(shù)。通過使給定時間內(nèi)反應(yīng)物的量與的量相等，可推出任意時間的余氯濃度，即：，。裂式中：一一待估參數(shù)，

36、無量綱；一一速率常數(shù)；一一反應(yīng)時間：一一初始氯濃度；。一一時刻余氯的濃度。根據(jù)的推導(dǎo)，式（）中可表示為：（一）（）其中：，且。年，美國學(xué)者等在美國國家環(huán)保局的資助下，通過實驗得到如幀學(xué)位論義下的兩個經(jīng)驗式：（）加（）塒）仃）（）一一一（）一（）一（）（木）（）式中：一一總有機碳（）一一溫度（）。余氯衰減的二階機理模型被】等用實測數(shù)據(jù)證實比一階模型更準(zhǔn)確。但該模型誕生不久，尚未得到廣泛使用。混合級數(shù)模型等假設(shè)了余氯的反應(yīng)方程，衰減速率符合二級反應(yīng)方程：（）籌。防】（）出”。式中：一一余氯的濃度；一一所有與余氯反應(yīng)的物質(zhì)；一一反應(yīng)速率常數(shù)。據(jù)此，按照反應(yīng)計量關(guān)系推導(dǎo)得到：式中：、一一待率定的參數(shù)。

37、余氯衰減過程同時具有一級反應(yīng)和二級反應(yīng)的特征，應(yīng)。級反應(yīng)模型（）可能是個混合級數(shù)的反一一（）一一式中：刀一一反應(yīng)級數(shù)，其中；一一反應(yīng)速率常數(shù)，量綱與反應(yīng)級數(shù)有關(guān)。據(jù)研究結(jié)果顯示，值介于和之間【。限制一級反應(yīng)模型，一（）（）（）式中：一一初始氯濃度的一部分，它是一個不確定的穩(wěn)定值；一一初始氯濃度，；。一一時刻余氯的濃度，。平行一級反應(yīng)模型】等人利用實測數(shù)據(jù)對比了多種模型的模擬結(jié)果，認為平行一級反應(yīng)能較好地與數(shù)據(jù)吻合：給水管余氯衰減規(guī)律實驗研究。；（七伽，）一）（一七）（）式中：一一初始氯濃度；。一一時刻余氯的濃度；一一快速反應(yīng)管壁衰減常數(shù)；一一慢速反應(yīng)管壁衰減常數(shù)；一一參與快速反應(yīng)的氯在總需氯量

38、中的比例。平行二級反應(yīng)模型在二級反應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，】等用兩個平行的二級反應(yīng)分別表示氯與快速反應(yīng)組分以及慢速反應(yīng)組分的反應(yīng)：，也呻（）推導(dǎo)后得到解析解：裂咎參掣，式中：一一余氯的初始濃度，；（）一一（）時刻余氯濃度，；、一一未知參數(shù)。分段反應(yīng)模型由文獻，可知，初始階段氯的衰減速率比一級反應(yīng)更快，并且衰減速率常數(shù)與氯的初始濃度相關(guān)。為了在模型中充分體現(xiàn)試驗觀察到的現(xiàn)象，眾多研究者建議使用不同的反應(yīng)動力學(xué)方程分別模擬氯衰減的不同階段，表中列舉了部分研究成果。表余氯分段反應(yīng)模型研究成果給水管網(wǎng)管壁余氯衰減模型研究進展城市給水管網(wǎng)中，管道、調(diào)蓄設(shè)施的內(nèi)壁一般都存在生物膜（）和腐蝕瘤（）。國內(nèi)研究者將其統(tǒng)

39、稱為“生長環(huán)【。國內(nèi)外的許多研究都表明，它們確實能夠消耗余氯。碩學(xué)位論文仍然可用式（）來表示余氯與容器壁上的有關(guān)物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)，代表已在管壁上的余氯，代表容器壁上能與余氯發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，代表它們反應(yīng)的產(chǎn)物。則余氯濃度的衰減速率為：竺一口?？诙x：。一廠陋】為余氯在容器壁上與生長環(huán)反應(yīng)的衰減速率常數(shù)。參與反應(yīng)的余氯濃度即為在容器壁處的濃度，有：墜。叢。（）一宣一暑，氣水在輸配水管網(wǎng)中成紊流狀態(tài)，在靠近管壁的極薄的一層還存在著層流流動。在紊流區(qū)，由于水流的紊動，可認為在這個區(qū)域內(nèi)余氯濃度是均勻的。而在靠近管壁的層流層范圍內(nèi)，余氯濃度是不均勻的，越接近管壁余氯濃度越低。余氯在近管壁處不斷被消耗，構(gòu)成了以余氯的濃度差為推動力，通過層流層的傳質(zhì)過程。假設(shè)余氯與管壁上的生長環(huán)反應(yīng)的余氯濃度來源完全是層流層到管壁的余氯傳質(zhì)過程的結(jié)果，兩過程藕合，令水流紊流區(qū)中的余氯濃度為，則：七。一七，（）（），。暑”式中：為層流層到管壁的余氯傳質(zhì)系數(shù)，該系數(shù)通常可用舍伍德（）數(shù)來表示：，；（）式中：一一數(shù)；一一管徑；一一余氯在水中的擴散系數(shù)