管网水质监测点对二次加氯影响优化分析

为使水质监测点能够适合于供水管网二次加氯问题,考虑在多工况下采用I/O模型生成覆盖矩阵,建立监测点优化选址模型.为了最大化加氯点实际覆盖能力和最小化管网余氯浓度实际相对标准差,对监测点数量、加氯点数量、监测点覆盖标准和加氯点覆盖标准4个因素的优化取值进行探讨.通过实例验证表明,监测点选址模型能够找到在给定监测点数量下的最优方案.监测点覆盖标准应不大于加氯点覆盖标准,并在0.5～0.7取值,监测点数量应在布置费用约束下尽可能多,加氯点数量及布置方案应使名义覆盖率达到小于100%下的最大值.若前述条件均满足,则二次优化问题的实际相对标准差最小,且名义相对标准差和实际相对标准差的差别很小.该监测点选址模型对二次加氯问题较适用,可以减少二次加氯的总计算量.     

改进的水质服务水平与加氯费用优化分析

为了能够综合表征供水管网中余氯及消毒副产物三卤甲烷(THMs)对水质的影响,建立THMs中不同组分的服务水平表达式,采用平均值、标准差和连乘3种表达式建立关联余氯及THMs服务水平的水质服务水平表达式.为了优化管网二次加氯时的加氯费用,提出考虑加氯点建设费用和基于加氯质量浓度的次氯酸钠溶液消耗量的加氯费用表达式.采用Net3管网模拟余氯衰减和THMs生成,优化算法采用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）,将计算得到的Pareto前沿面进行对比.计算结果表明,加权平均表达式为关联余氯和THMs服务水平的最优方式.随着二次加氯点数量的增加,水质服务水平的最大值增加,较高水质服务水平时的加氯费用降低.管壁余氯衰减系数对Pareto前沿面的影响最大,其次为加氯点数量、基于余氯消耗的THMs生成比例系数和出厂水THMs质量浓度,出厂水最小余氯质量浓度的影响可以忽略.     

基于部分覆盖理论的供水管网二次加氯点选址

为了寻找合理的供水管网二次加氯点,在传统覆盖模型的基础上引入部分覆盖思想,通过降低余氯覆盖集的覆盖标准使其中的加氯点具有部分覆盖能力,利用已选加氯点覆盖能力的叠加作用最终实现完全覆盖.建立新型的二次加氯点选址模型,提出“变标准”筛选法以实现对加氯点的优选.将2种模型应用于管网实例,采用贪婪算法结合“变标准”筛选法进行求解.比较2种模型的选址结果表明,完全覆盖模型对覆盖标准的取值较敏感,致使覆盖标准变化时因加氯点数变化过快而容易遗漏可行解;部分覆盖模型表现出较大的弹性,能够给出更全面的选址方案,因此从中选取的最优解更可靠,有利于决策过程的实施.     

考虑THM的管网水质服务水平多目标优化

针对供水管网中余氯及氯仿（THM）服务水平优化问题,提出了一种衡量THM服务水平的表达式,推导了THM—I／O模型,建立了以管网余氯服务水平最大化、THM服务水平最大化以及加氯费用最小化的多目标优化模型。考虑了主体水余氯衰减系数、基于余氯消耗的THM生成比例系数、出厂水THM浓度、加氯点数量4个影响因素对优化结果Pareto前沿面的影响。结合一管网算例,采用EPANET—MSX模拟余氯衰减和THM生成,利用实数编码的非支配排序遗传算法-Ⅱ（NSGA-Ⅱ）进行优化,可得到各种情况下的Pareto前沿面。计算结果表明,随着主体水余氯衰减系数减小,加氯费用减少,THM服务水平增加。基于余氯消耗的THM生成比例系数和出厂水THM浓度的减小均能提高THM服务水平,但对加氯费用没有影响。增加加氯点虽然能减少余氯投加,但加氯站建设费用加大了总加氯费用。降低主体水余氯衰减系数是提高管网水质服务水平最经济有效的方法。     

供水管网水质模型中余氯在主体水中的衰减情况分析

在供水管网中,影响余氯消耗的因素有很多,本文主要研究影响余氯在主体水中衰减的因素.通过研究发现,主体水中p H的变化对余氯衰减速率常数(kb)的影响不大,而随着温度(t)、初始氯质量浓度(C0)以及有机物质量浓度(TOC)的变化,kb均有显著变化,这些变化可以用一级反应动力学模型模拟出来,并建立主体水余氯衰减水质模型.将模型应用于实际管网中,可增强模型的实用性.     

供水管网余氯量浓度的分布研究

目的为了分析城市供水管网的节点余氯量浓度在整个管网的分布状态.方法根据余氯在水管的衰减模型,依据节点物质守恒定律,确定供水管网节点余氯量浓度的计算公式;由管网所有节点建立余氯量浓度连续性方程组,采用高斯-赛德尔矩阵迭代法求解线性方程组,计算出各节点的余氯量浓度.结果以管网各个节点为离散点,用三角网格等值线法对余氯量浓度进行等值线分析,确定整个管网余氯量浓度的分布情况;并用管网算例进行程序方法的验证.结论有效地解决了管网节点余氯量浓度的计算问题,该计算方法可行,结果合理;可以了解余氯量在整个管网的近似分布情况,为维护和管理管网,提高管网水质提供基础.     

给水管网水质模型管壁余氯衰减系数校正

针对给水管网水质模型中各管道管壁余氯衰减系数难以确定的问题,采用余氯衰减一阶反应模型以及拉格朗日时间驱动动态水质模型,以管网节点余氯浓度作为校正数据,建立了在多工况下管壁余氯衰减系数校正数学模型.提出了基于极大极小蚁群算法的管壁余氯衰减系数校正方法,将可视度与经验余氯衰减系数值相对应,选择最优蚂蚁进行信息素更新.为避免陷入局部最有解,将信息素值限定在一定范围内.在优化求解过程中采用国际通用水力水质模拟软件EPANET2获得所需的校正数据.算例结果表明,在管网水力模型准确和节点流量已知的前提下,采用极大极小蚁群算法对管壁余氯衰减系数进行校正,能够使模型节点余氯浓度的计算值与测量值更好地吻合.     

供水管网中余氯浓度模拟计算及工程应用

供水管网中的余氯浓度指示供水管网水质安全状况,手动或者在线仪表检测余氯浓度,都不能全面地动态地反应整个管网余氯的变化规律.在供水管网数字化水力模型基础上,运用拉格朗日动态水质算法对中国南方某市管网余氯量进行了仿真计算,并采用分布式并行遗传算法对水质模型参数进行了校核,最后模拟的结果和现场实测结果非常吻合.这表明,经过校核的水质模型具有一定的工程应用价值.     

PSO-SVM与BP神经网络组合预测供水系统余氯的方法

针对余氯量在供水系统内非线性变化的特性,建立了PSO-SVM与BP神经网络组合模型对管网末端余氯进行预测分析。该模型通过粒子群优化算法（PSO）,对SVM的特性参数进行优化;采用BP神经网络对模型进行残差修正。通过对单一的BP模型和SVM模型、组合模型的预测精度进行分析。结果表明：组合模型预测比BP和SVM单一预测均方误差分别降低了62.30%、75.29%,平均相对误差降低了55.03%、54.27%。综上所述,该模型具有强大的非线性拟合能力,预测精度高,运行稳定性强,对供水企业控制余氯的投加量和设置二次加氯点有一定的指导作用。     

供水管网内生物膜与余氯衰减交互作用

为研究生物膜与余氯衰减之间的交互作用,通过静态试验、动态试验相结合的模拟方式,在自制供水管网模拟装置内进行实验.选择铸铁、PE、不锈钢3种管材及1,3,4 mg/L 3个投氯量,多角度研究不同质量浓度余氯存在条件下生物膜的形成和发展差异,以及生物膜作用下的余氯衰减情况,探讨管网内余氯和生物膜的相互影响.结果表明:余氯质量浓度对生物膜的形成和发展具有较显著的影响,另一方面,在生物膜作用下,余氯衰减呈现不同的规律,二者之间交互作用,具体表现为:投氯量升高,PE和不锈钢管内生物量均逐渐降低,而铸铁管内生物量反而升高;在生物膜作用下,余氯衰减分为快速消耗阶段(0~30 min)和稳定消耗阶段(30 min之后);铸铁管内生物膜对余氯衰减状况影响较大,PE管次之,不锈钢管对余氯衰减影响最小;生物膜的生物多样性对余氯衰减影响不大,而生物量与余氯衰减之间关系密切;流速和初始氯质量浓度对余氯衰减影响较大.本研究结果可为供水管网氯消毒的控制以及氯衰减模型的建立提供必要的理论支撑,强化管网水质安全的保障.     

余氯及其终止液对饮用水致变性性影响的试验研究

本文对饮用水余氯在进树脂柱前的终止与否以及终止液对Ames试验结果的影响进行了研究。结果表明,余氯的终止与否对Ames试验结果影响较大,甚至有可能改变水样的致突变性;余氯终止液硫代硫酸钠会分解或掩盖一部分致突变有机物,使致突活性减弱。     

低速条件下给水管线中余氯衰减模拟研究

目的研究低速条件下给水管线中水质的余氯的衰减变化状况．方法应用有限差分法求解水质模型，用数值模拟给水管线中余氯的衰减变化规律来反映给水管网中的水质状况．结果当给水管线中流速较大，水流处于高雷诺数紊流状态时，氯的随流迁移在组分传输过程中占主导作用，通常忽略扩散项，采用一维水质传输模型数值模拟管线中的余氯变化规律．但在管网末端或者夜晚供水时段，管线中的流速可能较低，忽略扩散作用将给模拟结果带来较大误差．这时需考虑求解包含扩散项的一维水质移流扩散模型．结论给水管线在低速条件下，需求解包含扩散项的一维水质秽流扩散模型来数值模拟余氯的衰减变化规律，以提高模拟结果准确性。从而真实地反映给水管线中水质的变化状况．     

Kalman滤波模型中三种残差的比较

Kalman滤波中不可避免地存在模型误差,模型误差的存在会引起滤波结果失真,严重时还会导致滤波发散。在对Kalman滤波模型进行检验时,有三种常用的残差——观测残差,预测残差和状态预报值残差。以往不同学者选用不同的残差对模型进行检验。当模型含有误差时,分别推导这三种残差变化后的表达式并对它们检验模型误差的能力进行比较,结果表明预测残差在模型检验中反应最灵敏,并且计算量最小。最后给出仿真算例,结果也证实预测残差能够更有效、更快捷地探测模型误差。     

水处理流程选择对后续消毒工艺的影响

为比较不同水处理流程对后续消毒工艺的影响,通过中试试验,以天津市引黄水为研究对象,研究水处理工艺的改变对消毒工艺的影响规律.基于对各水处理流程的耗氯量、消毒副产物生成和消毒效果等的分析,探讨相关作用机理.结果表明,高锰酸盐复合药剂(PPC)预处理后能够延缓氯的消耗速度,深度处理工艺可进一步破坏耗氯物质.改变水处理流程可提高对有机物及藻类的去除率,降低水体中可与氯作用的前体物质浓度,在提高消毒效果的同时达到控制消毒副产物的目的.PPC预处理和深度处理联用提供了去除水中消毒副产物前体物的多级屏障,是改善出水水质的安全、高效的水处理流程.