供水管网余氯模拟及评价

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2019-07-10

  摘要:选取节点余氯为状态变量,主水体与管壁均用余氯衰减一级模型,利用epanet的水质分析功能,对某城市管网进行模拟计算,利用归纳函数对结果进行评价,得出整个管网节点余氯的评价值,并确定在设计工况和平均用水时工况下的最佳初始氯投加量分别为0.75mg/L和0.8mg/L。

  关键词:epanet;余氯衰减;水质模拟

  氯是我国目前使用最广泛的一种饮用水消毒剂,余氯浓度也成为衡量管网水质好坏的一个重要指标[1]。本文采用epanet对城市供水管网余氯衰减进行模拟以及余氯性能评价,最终确定设计和平均用水时工况下的最佳初始氯投加量。

  一、供水管网延时余氯衰减模拟

  1、epanet简介

  EPANET是美国国家环境保护局(Environmental Protection Agency,缩写:EPA)开发的开源软件。通过EPANET,可以执行有压管网水力和水质特性延时模拟的计算机程序,来模拟管网中的水头、水质、水量等多项指标[2]。

  2、余氯衰减模型

  余氯是供水管网水质评价的一个主要指标,管网余氯衰减模型包括主体水余氯衰减模型和管壁余氯衰减模型。本例的余氯衰减模型采用的是主体水余氯衰减一级反应和管壁余氯衰减一级反应[3]。

  氯在管网中的衰减反应主要有两方面:一方面是与水体中的无机物、有机物反应,也称为主体水流反应,此反应的衰减速率采用主体水衰减系数 来表示;而另一方面是与管壁的管材、细菌生物膜等的反应,此反应的衰减速率用管壁反应速率系数 来表示。

  该城市供水管网规模不是很大,水龄停留时间短,故整个管网采用统一的主体水衰减系数,经过取不同值的实验,确定主体水余氯衰减系数在0.35 。由于管网规模不大,为了简化计算,采用统一的管壁余氯衰减系数,按照球墨铸铁管的估计值,确定管壁余氯衰减系数为0.02 。

  3、管网余氯衰模拟

  本算例为某城市的供水管网,日供水量8万 。给水管网共有节点45个,管段75条。在设计工况下,利用EPANET进行余氯衰减模拟,源头水质设置为按浓度0.6 添加,模拟时间取72小时,水力步长采用1h,水质步长采用15min。经模拟得到12h的管网余氯浓度情况,其结果为节点余氯值在0.35 至0.6 之间波动,其中余氯值为0.46 的节点占总节点的60%。

  二、供水管网余氯性能评价

  1、节点余氯性能评价标准

  根据《城市供水水质标准》(CJ/T206-2005)中微生物学指标的相关规定:余氯(加氯消毒时测定)与水接触30min后游离余氯≥0.3mg/L,管网末梢≥0.05mg/L。本性能评价中规定:当节点余氯低于0.3mg/L时定义为不合格;节点余氯达到0.4mg/L时定义为一般;节点余氯达到0.5mg/L时定义为良好;节点余氯达到0.6mg/L时定义为优秀;余氯进一步增加由于消毒副产物增加和气味的增加会使性能大幅降低,当节点余氯达到0.7mg/L时再次定义为良好;节点余氯达到0.8mg/L时再次定义为一般;节点余氯达到0.9mg/L时再次定为不合格。同时定义余氯性能值:0、1、2、3、4(分别代表不合格、合格、一般、良好、优秀)。

  2、管网余氯性能评价

  选择归纳函数对管网的余氯性能进行评价,由于给水管网中各个节点的供水量不同,所以在管网中的贡献也不相同,因此我们采用水量作为各个节点的权重系数,对节点性能值进行加权平均[4]。最终计算得出此给水管网余氯性能总评价指标值为2.8675。从给水管网节点余氯性能值方面分析,此给水管网余氯节点余氯性能为一般,处于可以接受的范围内。

  3、不同工况下的最佳初始投氯量

  在设计工况下,初始投加量为0.6mg/L,管网的余氯性能显然没有达到最佳,原因是投加量偏少,为了得到设计工况下的最佳初始投加量,初始氯投加量按0.05 mg/L递增,其他条件不变,得到结果:初始氯投加量为0.75mg/L时,管网余氯性能评价值最高达到良好水平,因此设计工况下,最佳初始氯投加量为0.75mg/L。

  在平均用水时工况下,同理以初始氯投加量0.6mg/L为起始浓度,0.05mg/L递增,其他条件不变,得到的结果:初始氯投加量为0.8mg/L时,管网余氯性能评价值最高达到良好水平,因此设计工况下,最佳初始氯投加量为0.8mg/L。

  结语:

  运用epanet可以对复杂的管网进行较为准确的水质模拟,根据水质标准定义余氯性能评价标准,采用归纳函数对已知管网进行余氯性能评价。最终得出,此管网在平均用水时工况下,最佳初始氯投加量为0.80mg/L;在设计工况下,最佳初始氯投加量为0.75mg/L。

  由于供水管网水力工况的变化,不同时段的水在管网中的停留时间是不相同的,故水中余氯含量也必然不同,本例只研究了设计工况及平均用水时工况下的延时余氯情况,其他工况下的余氯衰减情况均可采用本方法进行。

  参考文献

  [1] 许仕荣,李斌,李黎武. 事件驱动法模拟输配水管网中余氯浓度变化[J]. 湖南大学学报(自然科学版). 2003, 30(5): 61-65.

  [2] 张凤娥,曾念,张敏,等. 用EPANET水力模型优化乡镇供水管网[J]. 中国给水排水. 2008, 24(02): 43-45.

  [3] 吴晨光,孙雨石,赵洪宾,等. 环状管网模拟余氯衰减模型[J]. 中国给水排水. 2006, 22(01): 9-12.

  [4] 伍悦滨,袁一星,高金良. 给水管网系统性能的评价方法[J]. 中国给水排水. 2003, 19(04): 23-25.

  作者简介:张旭(1988-),男,汉族,辽宁省大连市人,河南省郑州大学水利与环境学院市政工程专业硕士研究生,研究方向:给水排水系统及优化。

  吴建平(导师),男,副教授,硕士生导师。

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