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城市配水管网二次加氯优化的研究 湖南大学土木工程学院许仕荣黄雅芳 请薹：为达到饮用水微生物安全性和化学安全性的统一，本文提出在配水管网中进行二次 加氯以控制余氯及其消毒副产物(CBPs)的浓度。建立的基于遗传算法(GA)的二次加氯优化 模型，是在保障微生物安全性的同时，优化二次加氯点的位置及相应的投加量，并针对某一具 体管网，进行了优化计算，求出不同加氯点个数时，二次加氯点的位置及相应的投加量。计算 结果充分说明：该优化模型既降低了总投加量，又使得整个管网的节点余氯浓度降低且均匀化， 从而达到降低氯化消毒副产物浓度的。 关t词：配水管网；余氯；氯化消毒副产物；二次加氯点；加氯量；遗传算法 饮用水的安全、卫生一直是人们所关心的问题，它包括微生物安全和化学安全两个方 面。目前，绝大多数国家仍采用氯进行饮用水的消毒。用氯消毒时，一方面它可以灭杀微 生物、细菌、病毒等有毒有害物质，并抑制管网中微生物和细菌的再度繁殖；另一方面， 它会与水中的天然有机物(NOM)如腐殖质类物质发生反应，生成致癌、致畸、致突变的“三 致”性氯化消毒副产物(CBPs)物质。因而，力求饮用水化学安全性和微生物安全性的统一 便成为当前供水企业最主要的课题。基于这一背景，本文提出在管网中二次加氯的方法， 并建立二次加氯的优化模型：在保障微生物安全的同时，尽量降低管网各个节点的余氯浓 度，并使各点浓度尽可能的均匀。这对于降低管网水的CBPs浓度，减少加氯量，具有现 实的指导意义。对供水企业而言，既具有社会效益，又具有经济效益。+ 1．优化模型 ． 大量研究表明：CBPs浓度一方面与有机前驱质浓度成正比，另一方面与水中的余氯 浓度成正比。降低余氯浓度能很有效的降低CBPs浓度，还可以减少管道腐蚀，改善水的 J。 所以以TaMs和HAAs总量为控制目标可以从整体上反映CBPs的浓度。美国国家环保局 还给出了TFHM和HAA的预测公式吲： TTHM=0．00309[(TOC)(UV254)】o．*to(C12)0‘409 (2) 679 (3) 刻余氯的浓度：t表示从氯投加到计算时刻的时间；丁为水温；Br表示水体中的溴离子浓 度。对于某一特定的水体，在一段时间内，TOC、uv254、溴离子浓度Br、水温r和pH值 都可以认为是常数。式(1)一(3)只有余氯浓度C12和停留时间t两个变量，而且余氯浓度越 小，停留时间越短，所生成的CBPs就越少。根据该特点，我们可以通过控制余氯浓度来 控制CBPs的浓度。 目前，大多数水厂都是在出厂前一次性加足氯以保证管网最不利点的余氯浓度能满足 ；，Cmi。的标准。这样做可以保证饮用水的微生物安全性，但是就整个管网而言，其中的大 多数用户的CBPs的浓度会高很多，而且也增加了整个管网的投氯量。在管网支管较长， 或流速较慢的管段，余氯消耗很多，要想保证它们的余氯浓度，整个管网的浓度就要整体 上提高。因此，为了均衡管网中的余氯浓度，降低CBPs的浓度，可改变现行一次性加氯 的方法，在管网中进行二次加氯。从理想状态而言，最好每个用户得到的都是余氯浓度等 于％。的饮用水。但是这需要在管网的每个节点进行投加，这样是不现实的，也无必要。 所以有必要选出适当的加氯点位置及加氯量，通过降低管网总体余氯浓度的方法来降低 CBPs的浓度、减小对管道腐蚀的程度等。 管网中的二次加氯，需要确定的变量包括：二次加氯点个数、投加点的具体位置以及 各个投加点的投加量。其中投加点的个数，往往根据经济条件、化学风险性要求以及管网 的分布情况等预先确定。而对于投加点位置及其投加量的确定，本文提出如下优化目标： 在保证微生物安全性的同时，尽量降低各节点的余氯浓度，并使之趋于均匀。用数学语言 表述如下：