管网中基于余氯衰减的三卤甲烷动力学模型研究

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氯作为消毒剂投入到水体中之后,一方面自身不断衰减,导致管网末梢处余氯值不能满足要求,另一方面余氯与水体中的某些有机物反应生成以三卤甲烷为代表的一类对人体有害的消毒副产物。这是目前氯化消毒面临的两个主要问题,虽然人们为此开展了大量的研究工作,但仍然没有行之有效的解决办法,其中很大部分原因是研究手段的局限性,烧杯试验与实际情况的出入太大以及现场取样的困难,都使得研究管网中的水质变化规律变得异常困难,而浙江大学管网水质模拟平台的建立,很好的解决了这一难题,为研究管网中的水质变化规律提供了条件。本文即是在此平台基础上,开展了余氯衰减和三卤甲烷生成等相关内容的研究,并建立了管网中基于余氯衰减的三卤甲烷动力学模型。首先,从理论分析的角度给出了水体中余氯衰减和三卤甲烷生成这二者之间的联系,并在此基础上建立了主体水中基于余氯衰减的三卤甲烷动力学模型。同时设计正交试验,并采用编程拟合得到了最优参数组合下的主体水余氯衰减修正模型,对模型的准确性进行了验证。其次,通过烧杯试验确定了该三卤甲烷动力学模型相对C12和有机物的反应级数m=n=1,并建立了三卤甲烷生成能THMFP与总有机碳TOC之间的定量关系,极大的减小了模型建立的工作量,增强了模型的适应性和灵活性。至此便建立起了主体水中基于余氯衰减的三卤甲烷动力学模型,通过2组验证试验验证了该模型的准确性和可靠性。这为后续管网模型的建立打下了基础。再次,在浙江大学管网水质模拟平台基础上开展试验,选取以最为常见的铸铁为管材的D环为试验环。通过理论分析和实验手段,对传统不区分流态而统一按照层流情况计算的管网余氯衰减模型进行了改进,得到了区分层流紊流的管网余氯衰减模型,并通过实验对模型进行了验证,结果显示,区分流态下的余氯衰减模型的拟合效果要优于不区分流态模型,而传统的多元回归模型拟合效果最差。在得到经过改进后的管网余氯衰减模型之后,由理论分析辅以试验手段便建立起了管网中基于余氯衰减的三卤甲烷动力学模型,同样设计管网试验对此模型进行验证,结果显示,此动力学模型的拟合效果要优于传统的多元回归模型,且灵活性和适应性较好。最后,针对实际管网大多为多种管材组合的情况,另外增加了2组多管材的加氯试验,即B/C/D环在相同的试验条件下同时开展试验。将试验结果进行整理发现,不锈钢管的余氯衰减最为剧烈,其次为铸铁管,而PE管的余氯衰减最为缓和。除此定性规律之外,试验结果显示各管材余氯衰减之间也存在一定的定量关系;对各管材的三卤甲烷生成规律而言,PE管的三卤甲烷生成总量最大,其次为铸铁管,生成总量最小的为不锈钢管,而试验结果又显示,各管材所表现出的三卤甲烷生成规律之间的差别,主要是由于各管材之间的余氯衰减程度不同导致的,与三卤甲烷本身的生成机理关系不大。
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