供水管網餘氯模擬及評價

來源:http://www.wsgwwz.com/ 作者:餘氯檢測儀 時間:2019-07-10

  摘要:選取節點餘氯為狀態變量,主水體與管壁均用餘氯衰減一級模型,利用epanet的水質分析功能,對某城市管網進行模擬計算,利用歸納函數對結果進行評價,得出整個管網節點餘氯的評價值,並確定在設計工況和平均用水時工況下的最佳初始氯投加量分別為0.75mg/L和0.8mg/L。

  關鍵詞:epanet;餘氯衰減;水質模擬

  氯是我國目前使用最廣泛的一種飲用水消毒劑,餘氯濃度也成為衡量管網水質好壞的一個重要指標[1]。本文采用epanet對城市供水管網餘氯衰減進行模擬以及餘氯性能評價,最終確定設計和平均用水時工況下的最佳初始氯投加量。

  一、供水管網延時餘氯衰減模擬

  1、epanet簡介

  EPANET是美國國家環境保護局(Environmental Protection Agency,縮寫:EPA)開發的開源軟件。通過EPANET,可以執行有壓管網水力和水質特性延時模擬的計算機程序,來模擬管網中的水頭、水質、水量等多項指標[2]。

  2、餘氯衰減模型

  餘氯是供水管網水質評價的一個主要指標,管網餘氯衰減模型包括主體水餘氯衰減模型和管壁餘氯衰減模型。本例的餘氯衰減模型采用的是主體水餘氯衰減一級反應和管壁餘氯衰減一級反應[3]。

  氯在管網中的衰減反應主要有兩方麵:一方麵是與水體中的無機物、有機物反應,也稱為主體水流反應,此反應的衰減速率采用主體水衰減係數 來表示;而另一方麵是與管壁的管材、細菌生物膜等的反應,此反應的衰減速率用管壁反應速率係數 來表示。

  該城市供水管網規模不是很大,水齡停留時間短,故整個管網采用統一的主體水衰減係數,經過取不同值的實驗,確定主體水餘氯衰減係數在0.35 。由於管網規模不大,為了簡化計算,采用統一的管壁餘氯衰減係數,按照球墨鑄鐵管的估計值,確定管壁餘氯衰減係數為0.02 。

  3、管網餘氯衰模擬

  本算例為某城市的供水管網,日供水量8萬 。給水管網共有節點45個,管段75條。在設計工況下,利用EPANET進行餘氯衰減模擬,源頭水質設置為按濃度0.6 添加,模擬時間取72小時,水力步長采用1h,水質步長采用15min。經模擬得到12h的管網餘氯濃度情況,其結果為節點餘氯值在0.35 至0.6 之間波動,其中餘氯值為0.46 的節點占總節點的60%。

  二、供水管網餘氯性能評價

  1、節點餘氯性能評價標準

  根據《城市供水水質標準》(CJ/T206-2005)中微生物學指標的相關規定:餘氯(加氯消毒時測定)與水接觸30min後遊離餘氯≥0.3mg/L,管網末梢≥0.05mg/L。本性能評價中規定:當節點餘氯低於0.3mg/L時定義為不合格;節點餘氯達到0.4mg/L時定義為一般;節點餘氯達到0.5mg/L時定義為良好;節點餘氯達到0.6mg/L時定義為優秀;餘氯進一步增加由於消毒副產物增加和氣味的增加會使性能大幅降低,當節點餘氯達到0.7mg/L時再次定義為良好;節點餘氯達到0.8mg/L時再次定義為一般;節點餘氯達到0.9mg/L時再次定為不合格。同時定義餘氯性能值:0、1、2、3、4(分別代表不合格、合格、一般、良好、優秀)。

  2、管網餘氯性能評價

  選擇歸納函數對管網的餘氯性能進行評價,由於給水管網中各個節點的供水量不同,所以在管網中的貢獻也不相同,因此我們采用水量作為各個節點的權重係數,對節點性能值進行加權平均[4]。最終計算得出此給水管網餘氯性能總評價指標值為2.8675。從給水管網節點餘氯性能值方麵分析,此給水管網餘氯節點餘氯性能為一般,處於可以接受的範圍內。

  3、不同工況下的最佳初始投氯量

  在設計工況下,初始投加量為0.6mg/L,管網的餘氯性能顯然沒有達到最佳,原因是投加量偏少,為了得到設計工況下的最佳初始投加量,初始氯投加量按0.05 mg/L遞增,其他條件不變,得到結果:初始氯投加量為0.75mg/L時,管網餘氯性能評價值最高達到良好水平,因此設計工況下,最佳初始氯投加量為0.75mg/L。

  在平均用水時工況下,同理以初始氯投加量0.6mg/L為起始濃度,0.05mg/L遞增,其他條件不變,得到的結果:初始氯投加量為0.8mg/L時,管網餘氯性能評價值最高達到良好水平,因此設計工況下,最佳初始氯投加量為0.8mg/L。

  結語:

  運用epanet可以對複雜的管網進行較為準確的水質模擬,根據水質標準定義餘氯性能評價標準,采用歸納函數對已知管網進行餘氯性能評價。最終得出,此管網在平均用水時工況下,最佳初始氯投加量為0.80mg/L;在設計工況下,最佳初始氯投加量為0.75mg/L。

  由於供水管網水力工況的變化,不同時段的水在管網中的停留時間是不相同的,故水中餘氯含量也必然不同,本例隻研究了設計工況及平均用水時工況下的延時餘氯情況,其他工況下的餘氯衰減情況均可采用本方法進行。

  參考文獻

  [1] 許仕榮,李斌,李黎武. 事件驅動法模擬輸配水管網中餘氯濃度變化[J]. 湖南大學學報(自然科學版). 2003, 30(5): 61-65.

  [2] 張鳳娥,曾念,張敏,等. 用EPANET水力模型優化鄉鎮供水管網[J]. 中國給水排水. 2008, 24(02): 43-45.

  [3] 吳晨光,孫雨石,趙洪賓,等. 環狀管網模擬餘氯衰減模型[J]. 中國給水排水. 2006, 22(01): 9-12.

  [4] 伍悅濱,袁一星,高金良. 給水管網係統性能的評價方法[J]. 中國給水排水. 2003, 19(04): 23-25.

  作者簡介:張旭(1988-),男,漢族,遼寧省大連市人,河南省鄭州大學水利與環境學院市政工程專業碩士研究生,研究方向:給水排水係統及優化。

  吳建平(導師),男,副教授,碩士生導師。

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