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给水管网余氯衰减规律实验研究

胡清源2013214006齐文放2013214012屈阳欢2013214014

陈瑛2013214070胡作鹏2013214073赵加斌2013213081

1.背景

1.1氯消毒

城市供水系统的主要任务就是保证为用户提供安全可靠的自来水。这其中包

括两个部分，即水量和水质。保证水量就是在用户水龙头处保持足够的压力，使

用户能够得到所需要的水量；保证水质就是保证用户能够饮用到合格的自来水，

也就是用户饮用的水质是符合国家生活饮用水卫生标准的。通过水处理工艺去除

水中污染物质和病原菌是保证水质的重要措施，消毒是水处理工艺中的重要组成

部分。加氯处理在水处理中被广泛应用，成为直到目前仍然被绝大多数水厂采用

的保障饮用水卫生的最后屏障。

氯消毒剂从应用到给水处理领域起，其在管网中的衰减规律一直是给水处理

研究的热点。当前，对于给水管网水质的研究主要集中在生物稳定性、化学稳定

性(主要是铁释放)和DBPs(消毒副产物，DisinfectionBy．products)三个方面，而

这三个领域都与消毒剂的衰减有着很大的关系。近二十年来，国内外对于配水管

网中悬浮菌生长特性已经做了比较深入的研究，研究表明：管网中消毒剂余量和

营养基质是控制悬浮菌生长的关键因素。并将生物稳定性的研究重点从悬浮菌转

向生物膜，有研究人员提出：管网中的悬浮菌主要来自于管网管壁上生物膜的脱

落，且在管网水中维持AOC(可同化有机碳，AssimableOrganicCarbon)为50la

g/L，消毒剂浓度为0.3mg/L时基本上可以控制管网内生物膜生长。为了保证管网

水生物稳定性，降低微生物风险，且经济合理地投加氯消毒剂，氯消毒剂在管网

中的衰减规律成为研究的关键；氯消毒剂在清水池和管网中灭活细菌的同时与有

机物反应，生成具有“三致”致癌、致畸、致突变()作用的消毒副产物，对人体健

康具有潜在的危险。国内外的许多研究结果发现：消毒剂投加量和投加方式是影

响消毒副产物生成量的重要因素。深入研究消毒剂在管网内的衰减规律对于控制

消毒副产物产量，降低其对人体的潜在危害，具有十分重要的现实意义。给水管

网的腐蚀不仅造成管道破裂，管网水渗漏等事故，由于腐蚀在管道内部生成的瘤

状物等腐蚀产物还会缩小管道输水面积，增大输水阻力和输水能耗；其中腐蚀产

物中金属离子的释放还会增大出水浊度，降低管网水水质，其中以铸铁为管材的

管网中铁的释放是当前比较突出的问题。国外内许多研究表明：以铸铁为管材的

给水管网中，氯消毒剂浓度是影响铁释放速率的一个十分重要的因素，高的消毒

剂浓度会抑制铁的释放。因此，深入研究氯消毒剂在管网内的衰减规律对于控制

管网铁释放，防止管道腐蚀具有十分重要的实际意义。

1.2余氯的研究

国内外的研究结果表明管网中余氯的衰减主要由两部分组成：一部分是氯在

主体水中与有机物以及一些还原性无机离子反应引起的衰减，即主体水衰减，该

部分的衰减系数计为kb：另一部分是由于氯与管壁上的生物膜、腐蚀产物或者管

材本身反应引起的衰减，称为管壁衰减，该部分的衰减系数计为kw。管网中余

氯总的衰减为kb+kw。目前国内外建立的管网余氯衰减模型主要包括：一阶模型、

二阶模型、n阶模型、两阶段模型、基于质量传输的一阶模型以及人工神经网络

模型。

目前，国内外对余氯模型的研究大多仅仅停留在主体水中余氯衰减模型的研

究上，而对管壁与余氯之间的反应研究不够深入，而且大多数余氯衰减模型是以

自由氯为研究对象，对氯胺在管网中的衰减研究较少。因此虽然研究成果较多，

但是并不符合实际管网中的情况，而且模型的级数很复杂，在实际的水质模拟软

件的计算中应用效果不好，增加了水质模型计算的复杂程度。近年来我国一些大

城市都采用氯胺消毒。本课题将在新建的、与实际管网情况最接近的环状管网实

验室中进行管网余氯衰减实验，研究影响管网中余氯衰减的主要因素，建立余氯

衰减模型，在此基础上提出控制余氯衰减的控制技术，并且将进行现场实验，验

证其可靠性。

2.实验原理和方法

2.1实验装置

以新建的供水管网模拟系统作为研究管网水余氯衰减规律的实验装置。

2.2实验用水

实验用水为广州市某水厂出厂水或碳滤后水（当考察初始氯浓度对管网余

氯衰减影响时）。

2.3进水与加药方法

出厂水注满水箱之后，向水箱投加药剂改变水质条件（如投加酸或碱以调