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.     

氯、二氧化氯对氯胺消毒管网硝化作用控制效果对比

采用2台串联BAR模拟给水管网系统,通过对余氯、NH4+-N、N02-N、NO3--N、DO、HPC及AOB等指标检测,评价氯和二氧化氯2种消毒剂对氯胺消毒管网中硝化作用的控制效果.研究结果表明:二氧化氯比等量氯更易提高管网中余氯质量浓度和DO质量浓度;氯消毒阶段NH4+-N降解,NO2--N和NO3--N积累,而投加二氧化氯后可有效控制硝化作用;与投加氯消毒相比,投加等质量浓度(0.6 mg/L)二氧化氯时,第1台BAR中悬浮和生物膜中HPC分别降低了2.54 log和1.63 log,悬浮及生物膜中AOB降低约1 log;二氧化氯能对AOB起到控制灭活效果而等量氯对其几乎没有灭活效果,在控制供水管网硝化作用方面,二氧化氯与氯胺联用的消毒效果优于氯与氯胺.     

氯和氯胺冲击消毒对二次供水管道生物膜的控制作用

针对建筑二次供水管壁生物膜对饮用水的生物安全性构成的潜在威胁,采用生物膜反应器(BAR)模拟二次供水管道,研究氯和氯胺冲击消毒过程对管壁生物膜的细菌总数、大肠杆菌和异养菌(HPC)灭活效果以及对生物膜结构的影响.结果表明,在第80天时生物膜中生物量达到最大,生物膜宏基因组分析表明,厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌(Bacteroidetes)为优势菌种.冲击消毒对生物膜的灭活效能与氯和氯胺的质量浓度以及CT值有关,在相同CT值条件下,高质量浓度氯和氯胺的灭活效果更佳.氯和氯胺的生物膜灭活效果对比可以看出,在低投量条件下,氯的细菌总数和大肠杆菌灭活效果好于氯胺,但氯的HPC灭活效果弱于氯胺;在高投量条件下,消毒剂质量浓度和CT值与生物膜的灭活效果无明显相关性,可以达到快速消毒的效果.在氯和氯胺的投加质量浓度为3.0 mg/L、CT值300~400 mg·min/L的最佳冲击消毒条件下,生物膜中细菌总数、大肠杆菌和HPC的灭活率均达到95%以上.从生物膜的表面特性分析可以看出,冲击消毒后生物膜结构破坏明显,生物膜变薄或脱落;氯冲击消毒对生物膜的破坏和削减程度优于氯胺,更有利于管道生物膜的控制.     

氯、亚氯酸盐控制氯胺消毒管网硝化作用效果

采用2台串联环状生物膜培养反应器(biofilm annular reactor,BAR)模拟氯胺消毒给水管网系统,通过对余氯、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、DO、异养菌(heterotropic,HPC)及亚硝化菌(amnoniu-oxidizing bacteria,AOB)等指标进行检测,共同评价氯和亚氯酸盐2种消毒剂对氯胺消毒管网中硝化作用的控制效果.试验结果表明,出厂水再投氯消毒可造成NH4+-N降解,使得NO2--N和NO3--N产生积累;再投亚氯酸盐更易提高管网中余氯和DO的质量浓度,使得NO2--N和NO3--N质量浓度降低,可有效地控制硝化作用;与投加氯消毒时相比,投加0.6 mg/L亚氯酸盐时,第1台BAR中悬浮和生物膜中HPC分别平均降低了2.58 log和2.86 log,悬浮及生物膜中AOB降低约1 log,亚氯酸盐能对AOB起到控制灭活效果而等量氯对其几乎没有灭活效果.因此,在控制管网硝化作用方面,亚氯酸盐与氯胺联用的消毒效果优于氯与氯胺.     

管材和流速对供水管道生物膜形成的影响

针对供水管网中不断变换的管材和水力条件,运用异养菌计数和PCR-DGGE技术研究了特定余氯质量浓度下管材和流速对水质和管道生物膜形成的影响．结果表明:管材对主体水余氯、TOC、细菌总数和生物膜群落结构影响均较大,而流速只对主体水余氯和生物膜细菌总数影响较大;同一时期,PE管道附着细菌总数显著大于不锈钢;同类管材中0.2和0.4 m／s流速下生长的生物膜细菌总数差异不显著,但均显著大于0.8 m／s流速下生长的生物膜细菌总数;生物膜成熟时鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)占优势且广泛存在,而某些疏水性细菌则较难在不锈钢管材上聚集,特别是在流速增大时更难聚集．     

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.     

氯胺在管网中水相衰减影响因素研究

以纯水和管网水为研究对象,分别考察了氯氨比、氯胺质量浓度、总有机碳(total organic carbon,TOC)浓度、NO2--N质量浓度、温度θ和pH等水质参数对氯胺衰减的影响.研究结果表明,氯胺在纯水中存在自衰减现象,氯氨比和初始氯胺质量浓度对其自衰减都有一定影响.管网水中氯胺的衰减速率则明显大于同条件下纯水中氯胺的衰减速率,w(Cl)∶w(N)=4∶1的氯氨比w(Cl)∶w(N)=3∶1的氯胺具有更好的稳定性.氯胺初始质量浓度是氯胺衰减的重要因素,初始质量浓度越大,氯胺衰减的速率越快;水中有机物和NO2--N质量浓度的增加会提高氯胺衰减速率;温度对氯胺的衰减有明显影响,随温度升高,氯胺在水相中消耗变快;氯胺的衰减属于酸催化反应,pH的降低会增加氯胺的衰减速率.     

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。     

给水管网中双酚A降解影响因素

利用大型给水管网实验平台,研究双酚A（BPA）在不同管材、水力学条件及水质条件下的降解规律.将管网实验结果与BPA和次氯酸钠在烧杯中的反应降解规律进行对比.BPA利用HPLC荧光检测法进行检测,激发波长为225 nm,发射波长为310 nm,结果表明,BPA降解除与次氯酸钠主反应有关外,还受到管壁和主体水中化学物质的影响.余氯质量浓度、pH值、溴离子质量浓度、流速和温度的增加有利于BPA的降解.不同管材对BPA的降解存在影响,BPA的降解速率在不锈钢管中最大,PE管次之,内衬水泥球磨铸铁管中最小.研究结果显示,管壁对BPA降解的贡献率约为10%,主体水中氯化产物的贡献率约为30%(其中最终氯化产物的贡献率为20%,剩余10%由氧自由基等贡献 ).     

基于理想余氯质量浓度的给水管网二次加氯优化

针对给水管网余氯质量浓度分布不均对管网水质造成较大的影响等问题,提出给水管网二次加氯2级优化动态模型,第1级是以满足管网余氯覆盖条件下加氯点数最少(即加氯点建设投资最少)为优化目标的加氯点选址优化模型,用余氯覆盖集表示加氯点对监测结点的水质影响程度.第2级提出基于理想余氯质量浓度的加氯速率优化模型,并结合算例对模型进行验证和分析.结果表明,该模型能够得到合理的加氯点选址方案和周期性加氯速率方案.二次加氯优化模型可以使管网余氯时空分布更为均匀且接近理想余氯质量浓度,同时可降低消毒剂投加量,从整体上改善管网水质.     

管材和水力条件对三卤甲烷形成的影响

针对管材和水力条件对氯消毒副产物（DisinfectionBy—Products,DBPs）产生过程的影响,研究了管材和水力条件对供水管网中典型的消毒副产物——三卤甲烷（Trihalomethanes,THMs）形成的影响情况,其中,管材对THMs生成的影响研究采用静态管段反应器来完成,水力条件对THMs生成的影响研究...     

宏基因组测序法研究管材对生物膜致病菌的影响

为研究供水管道材料对管道生物膜致病菌种的影响,以已稳定运行8年的中国东部某城市实际供水管道中试平台管道为实验对象,从平行设置的球墨铸铁管(DCIP)、高密度聚乙烯管(HDPE)、镀锌钢管(GSP)、不锈钢复合管(SSCP)和钢管(SP)管道中收集13组生物膜样品,开展宏基因组测序分析,对比研究不同管道材料的致病菌种类分布情况。结果表明:DCIP生物膜中致病菌相对含量最为丰富,GSP致病菌相对含量最少;此外,世界卫生组织颁布的12种全球优先致病菌(priority pathogens)在本次供水管道中发现9种,在不同管道的相对丰度为0.079%～1.084%,表明供水管道生物膜对人类和环境的严重危害潜力;依据致病菌在5种管材中相对丰度的分布情况,发现与5种管材相关联的优势致病菌。研究结果为基于致病风险控制的供水管道管材选择提供了理论依据。     

管材对Cl2-ClO2联合消毒亚氯酸盐生成情况的影响

为了解氯／二氧化氯联合消毒方式对消毒副产物的影响,提高供水的安全可靠性,使用静态管段反应器进行实验,选取3种常用管材,研究氯／二氧化氯联合消毒时,管材对氯／二氧化氯联合消毒过程中亚氯酸盐生成情况的影响．结果表明:对于两种联合消毒方式,各种情况下均在PVC管中亚氯酸盐的生成量最高,而在金属管材中较低．不同之处在于:混合投加氯和二氧化氯过程中,随着混合消毒剂中二氧化氯所占比例的缩小,氯所占比例的增加,铸铁管中亚氯酸盐的生成量逐渐增加．而先加氯再加二氧化氯的情况是亚氯酸盐生成量始终是铸铁高于不锈钢．     

寒区湖库型水源供水系统中耐氯菌的生长

研究供水系统中耐氯菌的生长对饮用水中微生物安全的评估、预防和控制至关重要,为此,以寒区湖库型水源供水系统的主体水及生物膜为研究对象,对其中的异养菌和耐氯菌进行了检测,并利用扫描电子显微镜观察了生物膜的生物相.结果表明:自来水在管网输送过程中,余氯质量浓度大于0.2 mg/L的主体水中仍然存在细菌再生长现象.耐氯菌在所研究的供水系统中普遍存在,经水厂消毒和管网输送后主体水中的耐氯菌数量小于350 CFU/m L,而生物膜中耐氯菌数目一般高于主体水的耐氯菌数目2个数量级.未经消毒处理的滤后水和生物膜中耐氯菌数目均最多,而在清水池中生长的细菌大多比较耐氯.供水系统生物膜中的微生物能见杆菌和球菌,以杆菌居多.     

双金属铸造保险柜材料的研究

采用复合铸造法研制了具有防气割、防钻、防砸特性的高铬铸铁与１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈风新型复合材料,试验结果表明：与普通Ａ３钢板相比,气割时间延长的３０倍,钻削时间延缓近百倍,是制造银行保险柜理想的材料。     

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．     

二氧化氯预氧化工艺去除饮用水原水中摇蚊幼虫的试验

目的研究二氧化氯预氧化工艺对原水中摇蚊幼虫的去除效果,解决目前预氯化工艺不能有效控制摇蚊幼虫在给水处理工艺中孳生的难题.方法进行了二氧化氯和液氯灭活第1龄期摇蚊幼虫的对比试验,在此基础上,对不同预氧化工艺下,预氧化与水处理澄清过程对第1龄期摇蚊幼虫的协同去除效果进行了考察,并对其水样的有机浓集物进行了Ames试验,比较了两种饮用水的致突变性.结果二氧化氯与液氯相比对摇蚊幼虫具有更好的灭活作用,投加量1.5 mg/L,接触30 min可以达到100%的灭活率;二氧化氯投加量0.51 mg/L,二氧化氯预氧化与水处理澄清过程的协同作用可以完全去除原水中的第1龄期摇蚊幼虫.Ames试验进一步表明,采用二氧化氯作为预氧化剂可明显降低饮用水的致突变性.结论二氧化氯预氧化工艺是去除饮用水中摇蚊幼虫的有效方法.