d游泳池水臭氧消毒系统设计 安徽工程大学数学建模课程设计论文

1、安徽工程大学安徽工程大学 数学建模数学建模 课程设计论文课程设计论文 题目：游泳池水臭氧消毒系统设计 学学 号：号： 3 1 1 0 8 0 1 2 1 4 姓姓 名：名：汤汤 德德 勇勇 指导老师：指导老师：周周 金金 明明 成成 绩：绩： 完成日期：完成日期： 2013 年年 7 月月 3 日日 1 游泳池水臭氧消毒系统设计 摘 要 80 年代末，臭氧作为一种杀菌剂应用于冷却水系统受到人们的广泛关注。由 于臭氧所具有的一些优越性是传统的化学药剂所无法比拟的，目前，国外已将 臭氧广泛地应用于冷却水处理中。使用结果表明，采用臭氧处理的系统可在高 浓缩倍数下，甚至在零排污下运行。处理成本低于传统

2、的化学处理法。美国环 保局(EPA)和职业安全卫生管理局(OSHA)根据试验结果，发表了饮用水的臭氧消 毒系统的 CT 值为 1.6。欧洲国家和加拿大政府颁布的游泳池水标准中 CT 值也 采用 1.6。 游泳池给水排水设计规范(CECS14：89)中提到游泳池水可采用臭 氧消毒方法，但对臭氧消毒系统的设计未作具体规定。现在运用数学建模知识， 在不考虑水温影响，CT 值固定，考虑 ORP 控制器的可控性，建立游泳池水容量 与反应罐容积之间的数学模型，并求出旁流水流量与循环水流量的最小比率； 同时考虑到水温影响和 ORP 控制器的可控性，如果 CT 在允许范围内，建立游泳 池水容量与反应罐容积之间

3、的数学模型，并求出旁流水流量与循环水流量的最 小比率。 关键词：游泳池 CT 值 最小比率 数学模型 2 3 一、问题重述 臭氧发生器产量(g/h)=循环水流量(m3/h)臭氧投加浓度(g/m3) 例如容积为 380m3的游泳池，臭氧投加量为 0.4mg/L(g/m3)，游泳池水循环周期 采用 6h，循环水流量为 380/6 63m3/h，则臭氧发生器的最小产量应为 630.4=25.2g/h。反应罐用来使水中无机和有机污染物被溶解的臭氧氧化并进 行消毒杀菌，因此设计反应罐时应消除水的短路，保证水在罐内有一定的停留 时间。为了使臭氧在水中的溶解度高，含臭氧的水从反应罐上侧进罐，下侧出 水。反应

4、罐上部的排气阀应与臭氧破坏装置连接使在进入大气前除去未溶解的 臭氧。反应罐的容积按下式确定： 反应罐容积(m3)=循环水流量(m3/h)旁流水百分比(%)反应时间(h)。 例如 380m3 游泳池池水循环周期采用 6h，循环水流量为 63m3/h，旁流水流量为 循环水流量的 25%，接触时间 4min，则反应罐最小容积为 630.250.067=1.05m3。 （1）附图为主要原理图，根据您对资料的理解结合该图，阐述利用臭氧消毒的 基本原理； （2）不考虑水温影响，如果 CT 值固定，考虑 ORP 控制器的可控性，请建立游 泳池水容量与反应罐容积之间的数学模型，并求出旁流水流量与循环水流量的

5、最小比率； （3）考虑水温影响和 ORP 控制器的可控性，如果 CT 在允许范围内，请建立游 泳池水容量与反应罐容积之间的数学模型，并求出旁流水流量与循环水流量的 最小比率； （4）实地考察一个游泳池总容积量和换水周期等因素，假设该游泳池目前正在 使用您的消毒系统，请计算一个换水周期内该游泳池所需的最小臭氧质量。 （5）结合您所建立的模型，阐述游泳池水臭氧消毒系统的社会价值。 4 二.问题分析 游泳池使用臭氧的优点 1.臭氧及其二次产物(如羟基)具有最强的杀菌性及灭活病毒的作用，可有 效防止传染性疾病的蔓延，实验证明，同样浓度的臭氧杀灭细菌和病毒的效果 是氯的 600-3000 倍。在臭氧浓度

6、为 1mg/l 时，粪型大肠杆菌的灭活只需要 5 秒， 用同样浓度的氯要达到同样的效果需要 15000 秒。 2.臭氧是国际公认的环保型绿色杀菌剂，不会对环境造成任何二次污染， 而氯制剂会与水中的有机物反应生成多种氯代有机化合物，如三氯甲烷、氯仿 等，这些物质均为公认的致癌致突变物。当人游泳时，这些有毒物质会被人体 所吸收（在水中人体每小时可吸收 500 毫升水） 。水中的氯代有机化合物还会刺 激人的眼睛及皮肤，从而引发红眼及皮疹。 3.从水中蒸发出来的氯代有机化合物以及氯气等有毒气体，聚集在泳池上 方不易散去，损害人的呼吸器官，严重影响人们的身体健康，而使用臭氧则完 全不会产生此种问题。 4

7、.加氯所产生的次氯酸及其衍生物，严重腐蚀水处理系统及馆内设备和结 构如网架、暖气等。 5.臭氧是最强的氧化剂，可有效分解水中的腐植质，氧化水中的铁、锰离 子，分解水中散射光线的微小有机体，从而大大提高水的清澈度,使水呈现出美 丽的蓝色，而氯制剂则无此效果。为使水呈蓝色，使用氯制剂的泳池，往往需 加入硫酸铜盐，对人极为有害。 6.加入氯制剂后，必然会导致水的 pH 值的改变，使人感到不适，因而需加 入碱性或酸性物质予以中和。而臭氧是中性物质，不会产生此种问题。 臭氧能确保大客流量及高温季节时水质的稳定性，高温及客流量大时，水 质往往不佳，此时，如果使用氯制剂，则需大量投加，这将带来一系列副作用，

8、 如 pH 值的变化、对呼吸道及人体的刺激等；而大量投加臭氧则无此副作用。 7.使用臭氧发生器，可大大降低水处理工艺的管理及操作难度，同时臭氧 发生器具有很高的安全性，而氯制剂在运输、储藏、使用时具有一定的危险性。 8.臭氧可分解水中的有机物且具有微絮凝作用，因而在正常客流量下，可 以不用絮凝剂。 9.在一定的使用条件下，如逆流式循环、不使用活性炭滤罐，不必投加氯 制剂、絮凝剂、pH 调节剂，可将臭氧作为水处理唯一的药剂。 臭氧在游泳池中的应用方法 5 1. 传统的方法 传统的游泳池臭氧消毒理论认为：臭氧是一种非常强的氧化剂，有毒性， 所以绝对不允许臭氧进入游泳池内。因为臭氧的比重大于空气，如

9、果从水中析 出，就会浮在水面上，形成一个浓度较高的臭氧层，很容易被人吸入，造成中 毒。所以，在水与臭氧反应之后回到游泳池内之前，必须经过脱臭氧装置，防 止剩余的臭氧进入游泳池，在脱臭氧装置之后，为维持长效杀菌作用，需投加 氯制剂，以保证游泳池内的余氯在 0.30.6ppm 之间。在游泳池水处理中，臭 氧的投加量在 0.6-1.0mg/l。 传统的泳池水处理臭氧消毒法有以下特征： 必须有较大容积的臭氧反应器，以保证臭氧与水的接触反应时间不小于 2 分钟； 保证臭氧与水反应后，水中剩余臭氧浓度不小于 0.4mg/l； 在进入水池前利用活性炭脱除全部剩余臭氧； 臭氧消毒后，投加氯消毒剂，使余氯达到

10、0.3-0.6mg/l。 在实际应用当中,上述方法存在如下问题: 臭氧利用率问题；传统的泳池臭氧消毒工艺需要把剩余臭氧脱除。规范 要求臭氧投加浓度在 1.0mg/l 左右，剩余臭氧浓度大于 0.4mg/l，这些剩余的 0.4mg/l 臭氧未被利用就被脱除了，等于被利用的臭氧只有 0.6mg/l 左右，其 余的臭氧被浪费掉了。而且，将臭氧脱除后，还需要再加氯作为长效消毒剂。 基建投资问题:按传统游泳池循环水臭氧消毒方法，臭氧与水的接触时间 最好在 3 分钟以上,如果以最短接触时间 2 分钟计，对于一个标准池来说 (2400m3 左右)，水处理循环流量为 400 m3/h，2 分钟流量为 13.3

11、 m3。按照要 求,活性炭滤罐的滤速为 30m/h,这就需要一个过滤面积为 13.3 m3 的活性炭滤 罐,这将大大增加机房的面积,同时臭氧系统的造价会增加 30%以上. 实际上，如果不脱除臭氧，这些问题有可能得到解决。因此，国内外都有 许多单位对此方法进行了研究和应用。 2.不脱除臭氧消毒法的理论分析 传统的泳池臭氧消毒法认为臭氧有一定的毒性，所以要求在臭氧进入泳池 之前将水池中的臭氧全部祛除，以防止臭氧对人体产生危害。 我们知道，物质的毒性是与浓度有关的。臭氧在空气中的浓度大于 0.1mg/l 时能对人体呼吸器官产生刺激，在这个浓度以下，对人体影响不大。 实际测试表明，当臭氧投加量 1.0

12、mg/l 时，池中臭氧浓度最高不会超过 0.1mg/l。有资料指出，游泳池水的臭氧浓度在 0.15mg/l 以下时，对人体无害， 实际情况也是如此。需要强调指出的是，毒理学试验表明，在相同剂量下，臭 6 氧的毒性低于氯，如果说臭氧在此浓度下对人有害,那么,氯对人体的危害更大。 国外的分析研究表明（限于篇幅，本文不作具体介绍）： 采用直接投加臭氧的游泳池水处理消毒法在理论上有其可行性； 不脱除臭氧消毒法的主要接触反应区域是在游泳池中，所有臭氧都是自 由活性分子，都能起到消毒作用； 由于臭氧在水中和空气中都会衰减，且半衰期较短，因此不会产生臭氧 浓度的累积； 臭氧在水中的溶解度远远大于臭氧的投加量

13、，水中的臭氧不会大量析出， 不会对人体造成伤害。 为了防止臭氧对人体产生危害，传统臭氧消毒法规定了臭氧在水中的最 高剩余浓度；在不脱除臭氧消毒法中，为了保证臭氧的消毒作用，应当规定臭 氧的最低剩余浓度，臭氧浓度不宜低于 0.05ppm,。 对于不脱除臭氧消毒法，应在最高臭氧剩余浓度和最低臭氧剩余浓度的 范围内，根据实际试验确定合理的臭氧投加量和循环周期。 三.基本假设 1.游泳池水封闭循环，每天循环次数最少 4 次，而饮用水是直流的。 2.随着游泳人数增加，池水所需氧化剂量也要增加。 3.游泳池水温度一般为 2540，而饮用水温度一般为 0.525。 4.游泳池水还要加氯作为辅助消毒剂。 5.

14、游泳池循环水经过滤后加臭氧消毒。因此 CT 值采用 1.6 来确定游泳池水臭氧 消毒系统的大小是比较安全的。有些地区采用低的 CT 值 0.8，臭氧浓度为 0.2mg/L0.25mg/L，接触时间为 3.5min4min，此时作为辅助消毒的加氯量 可减少 65%。当氯作为主要消毒剂而臭氧作为精处理消毒剂时，CT 值可小于 0.8，臭氧浓度小于 0.5mg/L，接触时间小于 1min。 四.模型中用到的符号的说明 V游泳池总容积； V1池水体积 V2循环池容积； V3泵水箱容积 f 死，泵水箱矢高； 1池地曲率半径 n1循环水总量； n2未循环总量 n3气泵水总量； n4每日消毒水总量 k2收集

15、系数，取 0.51.0； T水滞留期（d） ； 7 k3消毒率 f1池地削球体矢高； D圆柱体形池身直径 1直径与池顶矢高的比值，取 56；Q1池盖削球体净容积 R池身圆柱体内半径； f2池盖削球体矢高 2直径与池底矢高的比值，取 810；Q3蓄水池池底削球体净容积 H蓄水池池身圆柱体高度； S1池地削球面内表面积 S2池身圆柱体内表面积； S3池底削球体内表面积； h1池底拱顶点到活动盖下缘平面的距离 ；h2导水管下露出长度； h3导水管下口到液面距离 五.模型的建立和求解 问题一： 灭藻 抑藻（青苔）与杀虫：投放硫酸铜（蓝色粉剂） ，每 1000 立方水投 2- 3kg 为宜， （新水加倍

16、）每月 1-2 次，投药后两小时才可以进行下面的加药操作； 操作：水溶化药品后均匀泼洒水面，开动机器循环（RECIRE不经过滤循环） 30 分钟 调节 PH 值（酸碱度）：PH 在 7.6 左右，每提高 1 度每立方水要投放氢氧化 钠 10g 操作：水溶化药品后均匀泼洒水面，开动机器循环（RECIRE不经过滤循环） 30 分钟 杀菌与消毒：投三氯异氰尿酸（TCCA 强氯精）灭菌灵消毒片，每立方水 投 2g，最好在开放前 1-2 小时投放，每提高 0.5ppm 每立方水要投 2g 药。 操作 ： 1、投放时间：开放前 1-2 小时 ； 2、均匀把药片投放池中，开动机器循环； 3、开放条件：测试含

17、氯量： 1.5 投放净水剂（沉淀）：聚合化铝（粉）每立方水投 5-10g， 操作投药时间收场后： 1、投药前（当天）要先用池刷把池壁、池底擦刷干净； 2、把药品用水稀释溶化后泼洒水面；3、开动机器循环（RECIRE不经过滤 循环）30 分钟，使水面出现矾花后静止（6-8 小时后吸污） 吸污 把沉淀到池底的污物吸收排出池外 8 操作：上午进行 禁止人入池 一边吸污一边补充水量 游泳池日常管理 游泳池活动区域必须干净不积水 每天使池水循环 30 分钟以上，打捞干净水里的杂物，保持水的 PH 值 7.6 以 上 按水质情况及时投药 配套设施保养好、工具管理好 1、臭氧及其二次产物(如羟基)具有最强的

18、杀菌性及灭活病毒的作用，同样 浓度的臭氧杀灭细菌和病毒的效果是氯的 600-3000 倍。 2、臭氧是国际公认的环保型绿色杀菌剂，不会对环境造成任何二次污染。 3、从水中蒸发出来的氯代有机化合物以及氯气等有毒气体，聚集在泳池上 方不易散去，损害人的呼吸器官，严重影响人们的身体健康，而使用臭氧则完 全不会产生此种问题。 4、臭氧是最强的氧化剂，可有效分解水中的腐植质，氧化水中的铁、锰离 子，分解水中散射光线的微小有机体，使水呈现出美丽的蓝色。 5、使用臭氧发生器，可大大降低水处理工艺的管理及操作难度，同时臭氧 发生器具有很高的安全性，可将臭氧作为水处理唯一的药剂。 1）多向阀2）砂缸 3）压力表

19、 9 4）循环泵 5）管道冲洗泵6）单向阀 7）泳池加热器（本项目不用） 8）投药器 9）电控柜 10） 布水器 11） 排水格栅 12） “涌泉” 给水格栅（本项目不用） 13） “涌泉”给水泵（本项目不用）14） 吸污口 15）溢水器 16）岸面排水器 17） 溢水格栅 18）岸面 19）池沿 20） 泻水格栅 21） 水箱 22）电磁阀 23） 水位探头 24) 闸阀 问题二： 通常用装在旁流管上的射流器把臭氧导入水中，为了保证射流器的进水压力， 在旁流管上安装管道泵加压。射流器后的水和臭氧混合液从上侧进入反应罐充 分接触后从下侧出水与游泳池循环水主管相接。旁流管中的水在高臭氧浓度下 消

20、毒后再和主管中的水混合并产生氧化反应。商业游泳池水循环周期采用 6h， 旁流管水流量为循环水主管流量的 15%25%，可保证臭氧在进入主管线前有足 够的传质效率和足够的接触时间。 用臭氧作为主要消毒剂时 CT 值采用 1.6(0.4mg/L4min)来确定臭氧系统的大 小。根据商业游泳池 5060 年来的运行经验，在这样的系统中用 ORP 控制器可 正确控制池水中臭氧浓度。当臭氧发生器产气中臭氧重量浓度等于 4%6%时， ORP 控制值为 850mV。系统中应有 2 套 ORP 监控装置。第一套 ORP 控制器的探头 装在旁流管上即在反应罐的出水管上，控制臭氧系统的交替开停，使臭氧投加 量与游

21、泳人数一致。第二套 ORP 控制器的探头装在主管上，即在主管与旁流管 连接处之后，当游泳池水循环系统的回水管中臭氧浓度过高时关闭臭氧发生器 而提供安全保证。上述浓度是指在加辅助氧化剂之前的浓度(加氯量为 0.2mg/L0.5mg/L)。 由于旁流水流回主管后至少被稀释 4 倍，系统中剩余臭氧浓度任何时候都不会 超过 0.1mg/ L，仅有极少量臭氧流到游泳池中或放出剩余臭氧，符合 OSHA 规 定室内游泳池水面上剩余臭氧浓度为 0.1mg/L 的要求。为了保证安全，在游泳 池和水处理设备间应安装臭氧监测仪。 问题三： 泳池加热量计算：泳池所需的加热量包括以下 4 个部分； A、水面蒸发和传导损

22、失的热量； B、池壁和池底传导损失的热量； C、管道的净化水设备损失的热量； D、补充水加热需要的热量。 A、冬季情况下泳池表面蒸发损失的热量计算： 10 Qx（0.0174vf0.0229）(PbPq)A(760/B) 式中 Qx泳池表面蒸发损失的热量（kJ/h） ； 热量换算系数，4.1868kJ/kcal； 与泳池水温相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热（kcal/kg） ； vf泳池水面上的风速（m/s） ， Pb与泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（mmHg） ； Pq泳池的环境空气的水蒸汽压力（mmHg） ； A泳池的水表面面积（m2） ； B当地的大气压力（mmHg） 。 B、泳池的水

23、表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量计算： 传导所损失的热量按泳池水表面蒸发损失热量的 20%计算。 查相关参数表可知： =2435kJ/kg=579.76kcal/kg Vf=0.35m/s Pb=3.782KPa=28.367mmHg Pq=2.06KPa=15.45mmHg A=330m2 B=764.625mmHg 则 Qx（0.0174vf0.0229）(PbPq)A(760/B) =4.1868579.76（0.01740.35+0.0229） （28.367-15.45） 330760764.625 =24270.02912.917328 =298197（kJ/h） 加

24、上泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量，则泳 池每小时总损失热量为：2981971.2=357836.4（kJ/h）=85880.74（kcal/h） C、泳池补水加热所需的热量： Qbqb（tr-tb）/t 式中 Qb游泳池补充水加热所需的热量(kJ/h)； 热量换算系数，4.2(kJ/kcal)； qb游泳池每日的补充水量(L)； 水的密度（kg/L） ； tr游泳池水的温度（） 。 tb游泳池补充水水温（） ； t加热时间（h） 。 11 查相关参数表可知： qb=462m35%=23.1m3=23100L； tr=27 tb=10 则 Qbqb（tr-tb）/t =4

25、.2231001(27-10)/24 =68722.5kJ/h =16493.4kcal/h 经计算得泳池平均每小时经水面蒸发和传导损失的热量、池壁和池底传导 损失的热量、管道的净化水设备损失的热量、泳池补水所需的加热量合计为： 85880.74+16493.4=102374.14（kcal/h） 。 一台 PASRW200S-U-P 泳池机每小时可提供的热量为 47300kcal/h，而 3 台 PASRW200S-U-P 泳池机可提供的热量为 473003=141900kCal/h，大于泳池每小 时总的损失量。故泳池每小时损失的热量可由 3 台 PASRW200S-U-P 泳池机组提 供即

26、可满足此泳池加热水温的要求。 问题四：实地考察一个游泳池总容积量和换水周期等因素： 本工程位于杭州市，是一个室外公共恒温游泳池，泳池面积约为 200m2。本 设计的重点在于冬季情况下能满足泳池每小时所损失的热量，其它季节更能满 足此使用要求。现选用 PHNIX 泳池热水机组来加热与平衡泳池在各个季节每天 的热量损失并将泳池水维持在 26。 冬季情况下泳池表面蒸发损失的热量按下式计算 ： 水面蒸发和传导损失的热量： Qx （ 0.0174vf 0.0229 ） (Pb Pq) A(760/B) 式中 Qx 泳池表面蒸发损失的热量（ kJ/h ） ； 热量换算系数， 4.1868 kJ /kcal

27、 ； 与泳池水温相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热（ kcal/kg ） ； vf 泳池水面上的风速（ m/s ） ，一般按下列规定采用：室内水池 vf 0.20.5 m/s ；露天水池 vf 23 m/s ； Pb 与泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（ mmHg ） ； Pq泳池的环境空气的水蒸汽压力（ mmHg ） ； A泳池的水表面面积（ m2 ） ； B当地的大气压力（ mmHg ） 。 12 查相关参数表可知： =2440 kJ/kg=583 kcal/kg Vf=3.0 m/s Pb=3.363 KPa=25.22 mmHg Pq=1.595 KPa=11.96mmHg A =200

28、 m2 B=765.7 mmHg 则 Qx （ 0.0174vf 0.0229 ） (Pb Pq) A(760/B) =4.1868583（0.01743+0.0229） （25.22-11.96） 200760765.7 =2440（0.0751）13.262000.992 =115216（ kCal/h ） （2）加上泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量： 而泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量，占泳池水 表面蒸发损失热量的 20% 。 则泳池这部分损失热量为：1152160.2=23043（ kCal/h ） （3）泳池补水加热所需的热量： Qbqb（

29、tr- tb）/t 式中 Qb游泳池补充水加热所需的热量(kJ/h)； 热量换算系数，4.1868(kJ /kcal)； qb游泳池每日的补充水量(L)；按泳池水量的 510%确定；室内游泳 池取 5%。 水的密度（kg/L） ； tr游泳池水的温度（） 。 tb游泳池补充水水温（） ； t加热时间（h） 。 查相关参数表可知： qb=300m35%=15000L； tr=26 tb=10 则 Qbqb（tr- tb）/t =4.1868150001(26-10)/24 =10006 kcal/h 经计算得泳池平均每小时经水面蒸发和传导损失的热量、池壁和池底传导损 13 失的热量、管道的净化水

30、设备损失的热量、泳池补水所需的加热量合计为： 115216 + 23043+10006 = 148265 （kcal/h） 。由于杭州地区冬季室外空气调 节计算干球温度为-4，一台 PASRW250S-V-P 泳池机在此环境温度条件下每小 时可提供的热量为 40000kCal/h，148265/40000=3.7，取 4 台。故泳池每小时 损失的热量可由 4 台 PASRW250S-V-P 泳池机组提供即可满足此泳池的要求。 问题五： 游泳池使用臭氧的优点 1.臭氧及其二次产物(如羟基)具有最强的杀菌性及灭活病毒的作用，可有 效防止传染性疾病的蔓延，实验证明，同样浓度的臭氧杀灭细菌和病毒的效果

31、 是氯的 600-3000 倍。在臭氧浓度为 1mg/l 时，粪型大肠杆菌的灭活只需要 5 秒， 用同样浓度的氯要达到同样的效果需要 15000 秒。 2.臭氧是国际公认的环保型绿色杀菌剂，不会对环境造成任何二次污染， 而氯制剂会与水中的有机物反应生成多种氯代有机化合物，如三氯甲烷、氯仿 等，这些物质均为公认的致癌致突变物。当人游泳时，这些有毒物质会被人体 所吸收（在水中人体每小时可吸收 500 毫升水） 。水中的氯代有机化合物还会刺 激人的眼睛及皮肤，从而引发红眼及皮疹。 3.从水中蒸发出来的氯代有机化合物以及氯气等有毒气体，聚集在泳池上 方不易散去，损害人的呼吸器官，严重影响人们的身体健康

32、，而使用臭氧则完 全不会产生此种问题。 4.加氯所产生的次氯酸及其衍生物，严重腐蚀水处理系统及馆内设备和结 构如网架、暖气等。 5.臭氧是最强的氧化剂，可有效分解水中的腐植质，氧化水中的铁、锰离 子，分解水中散射光线的微小有机体，从而大大提高水的清澈度,使水呈现出美 丽的蓝色，而氯制剂则无此效果。为使水呈蓝色，使用氯制剂的泳池，往往需 加入硫酸铜盐，对人极为有害。 6.加入氯制剂后，必然会导致水的 pH 值的改变，使人感到不适，因而需加 入碱性或酸性物质予以中和。而臭氧是中性物质，不会产生此种问题。 臭氧能确保大客流量及高温季节时水质的稳定性，高温及客流量大时，水 质往往不佳，此时，如果使用氯

33、制剂，则需大量投加，这将带来一系列副作用， 如 pH 值的变化、对呼吸道及人体的刺激等；而大量投加臭氧则无此副作用。 7.使用臭氧发生器，可大大降低水处理工艺的管理及操作难度，同时臭氧 发生器具有很高的安全性，而氯制剂在运输、储藏、使用时具有一定的危险性。 14 8.臭氧可分解水中的有机物且具有微絮凝作用，因而在正常客流量下，可 以不用絮凝剂。 9.在一定的使用条件下，如逆流式循环、不使用活性炭滤罐，不必投加氯 制剂、絮凝剂、pH 调节剂，可将臭氧作为水处理唯一的药剂。 臭氧在游泳池中的应用方法 1. 传统的方法 传统的游泳池臭氧消毒理论认为：臭氧是一种非常强的氧化剂，有毒性， 所以绝对不允许

34、臭氧进入游泳池内。因为臭氧的比重大于空气，如果从水中析 出，就会浮在水面上，形成一个浓度较高的臭氧层，很容易被人吸入，造成中 毒。所以，在水与臭氧反应之后回到游泳池内之前，必须经过脱臭氧装置，防 止剩余的臭氧进入游泳池，在脱臭氧装置之后，为维持长效杀菌作用，需投加 氯制剂，以保证游泳池内的余氯在 0.30.6ppm 之间。在游泳池水处理中，臭 氧的投加量在 0.6-1.0mg/l。 传统的泳池水处理臭氧消毒法有以下特征： 必须有较大容积的臭氧反应器，以保证臭氧与水的接触反应时间不小于 2 分钟； 保证臭氧与水反应后，水中剩余臭氧浓度不小于 0.4mg/l； 在进入水池前利用活性炭脱除全部剩余臭

35、氧； 臭氧消毒后，投加氯消毒剂，使余氯达到 0.3-0.6mg/l。 在实际应用当中,上述方法存在如下问题: 臭氧利用率问题；传统的泳池臭氧消毒工艺需要把剩余臭氧脱除。规范 要求臭氧投加浓度在 1.0mg/l 左右，剩余臭氧浓度大于 0.4mg/l，这些剩余的 0.4mg/l 臭氧未被利用就被脱除了，等于被利用的臭氧只有 0.6mg/l 左右，其 余的臭氧被浪费掉了。而且，将臭氧脱除后，还需要再加氯作为长效消毒剂。 基建投资问题:按传统游泳池循环水臭氧消毒方法，臭氧与水的接触时间 最好在 3 分钟以上,如果以最短接触时间 2 分钟计，对于一个标准池来说 (2400m3 左右)，水处理循环流量为

36、 400 m3/h，2 分钟流量为 13.3 m3。按照要 求,活性炭滤罐的滤速为 30m/h,这就需要一个过滤面积为 13.3 m3 的活性炭滤 罐,这将大大增加机房的面积,同时臭氧系统的造价会增加 30%以上. 实际上，如果不脱除臭氧，这些问题有可能得到解决。因此，国内外都有 许多单位对此方法进行了研究和应用。 2.不脱除臭氧消毒法的理论分析 传统的泳池臭氧消毒法认为臭氧有一定的毒性，所以要求在臭氧进入泳池 15 之前将水池中的臭氧全部祛除，以防止臭氧对人体产生危害。 我们知道，物质的毒性是与浓度有关的。臭氧在空气中的浓度大于 0.1mg/l 时能对人体呼吸器官产生刺激，在这个浓度以下，对

37、人体影响不大。 实际测试表明，当臭氧投加量 1.0mg/l 时，池中臭氧浓度最高不会超过 0.1mg/l。有资料指出，游泳池水的臭氧浓度在 0.15mg/l 以下时，对人体无害， 实际情况也是如此。需要强调指出的是，毒理学试验表明，在相同剂量下，臭 氧的毒性低于氯，如果说臭氧在此浓度下对人有害,那么,氯对人体的危害更大。 国外的分析研究表明（限于篇幅，本文不作具体介绍）： 采用直接投加臭氧的游泳池水处理消毒法在理论上有其可行性； 不脱除臭氧消毒法的主要接触反应区域是在游泳池中，所有臭氧都是自 由活性分子，都能起到消毒作用； 由于臭氧在水中和空气中都会衰减，且半衰期较短，因此不会产生臭氧 浓度的

38、累积； 臭氧在水中的溶解度远远大于臭氧的投加量，水中的臭氧不会大量析出， 不会对人体造成伤害。 为了防止臭氧对人体产生危害，传统臭氧消毒法规定了臭氧在水中的最 高剩余浓度；在不脱除臭氧消毒法中，为了保证臭氧的消毒作用，应当规定臭 氧的最低剩余浓度，臭氧浓度不宜低于 0.05ppm,。 对于不脱除臭氧消毒法，应在最高臭氧剩余浓度和最低臭氧剩余浓度的 范围内，根据实际试验确定合理的臭氧投加量和循环周期。 六、模型检验与评价： 一、游泳池水质标准 我国卫生部及体育运动委员会于 1985 年 7 月 11 日颁布的游泳池水质标准如 下： 1、 PH 值 6.5-8.5 2、浑浊度不大于 5 度或池水透

39、明度应在 1.5m 左右深处两沿岸岸边能看清池 底四、五泳道为准。 3、耗氧量不得超过 12mg/l 4、游泳余氯应 0.4-0.6mg/l,化合性余氯应在 1.0mg/l 以上。 5、细菌总数不得超过 18 个/L 6、尿素不得超过 3.5mg/L. 7、池水温度为 22-26 16 二、国内公共浴室卫生标准 项目更衣室浴室桑拿浴室 室温 二氧化碳 一氧化碳 照度 水温 浴池水浊度 25 0.15% 10mg/m3 50lx - - 30-50 0.10% - 30lx 30-50 30 度 60-80 - - 三、人工游泳池池水水质卫生标准（GB9667-1996） 序 号 项目标准 1

40、水温2226（水温不在本项目要求范围 内） 2PH 值6.58.5 3浑浊度5（NTU） 4尿素3.5 mg/L 5游离性余氯0.30.5 mg/L 6细菌总数1000 个/mL 7大肠菌数18 个/L 参考文献： 1 2 宁平等编固体废物处理与处置实践教程M北京：化学工业出版社， 2005：122123 3 张颖主编农业固体废弃物资源化利用M北京：化学工业出版社，2005：173 4 罗万成， 大学生数学建模案例精选：西南交通大学出版社； 5 赵静 但琦， 数学建模与数学实验第三版 ，高等教育出版社； 6 张方仁. 最小二乘估计残差的统计性质和应用. 武汉测绘科技大学学报J.vol.15(2): 91-99，1990 17 18 第十三章