给水管网余氯衰减规律实验研究

1、湖南大学硕士学位论文给水管网余氯衰减规律实验研究姓名：曾正仁申请学位级别：硕士专业：市政工程指导教师：余健20080610硕上学付论文摘要研究氯消毒剂在给水管网中的变化规律，建立余氯衰减预测模型，对于我国消毒系统的设计和运行具有十分重要的现实意义和应用价值。本文以广州市某水厂炭滤后水（浓度左右）为源水，以氯胺为消毒剂，通过烧杯实验，研究了有机物、初始氯浓度、温度、还原性无机离子（）对主体水余氯衰减的影响。实验结果表明：随着有机物浓度增加，余氯衰减系数也相应增加；初始氯浓度越高，总衰减量越大，但主体水衰减系数随初始浓度升高而降低；越低，余氯衰减系数越大；在范围内，温度越高，余氯衰减系数越快；可以

2、促进余氯的衰减；余氯与的反应不是快速反应。在综合分析各个因素对主体水余氯衰减影响的基础上，建立了主体水余氯衰减系数模型，并进行了验证，该预测模型具有较好的预测效果。采用自行设计的给水管网模拟系统中试装置，以广州市某水厂出厂水（或炭滤后水）为研究对象，研究了初始氯浓度、流速、管材以及管径对管网余氯衰减的影响，实验结果表明：在初始氯浓度为范围内，初始浓度越高，管网余氯衰减系数越大，但衰减系数的上升速率随初始氯浓度的增加有所降低；对管网余氯的衰减影响显著，越低，余氯衰减速率越快，衰减系数越大；越低，浊度上升速率越大；管网余氯衰减系数随着流速的增加而增加；流速增加会加速管壁附着物质的脱落，引起管网水浊

3、度上升；就新管而言，管材（水泥内衬铸铁管和管）对余氯在管网中的衰减规律几乎没有影响；内，在铸铁管中的上升幅度明显大于管；管径越小，管网水与管壁的接触率越大，管网余氯衰减系数越大，的上升幅度越大。对广州市实际管网调查研究发现：管壁因素（生物膜和腐蚀沉积物）是影响余氯衰减关键性因素；实验室内实验结论与实际管网调查一致。因此，控制管网余氯衰减的关键是控制生物膜量和管网腐蚀。关键词：给水管网；余氯；模型；管网模拟系统；氯胺给水管网余氯衰：成规律实验研究，（）（），。：，；，；，；，：，；，（），硕士学位论文，：；湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得

4、的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：嗜纠久嗍腑月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于、保密口，在年解密后适用本授权书。、不保密固。（请在以上相应方框内

5、打“）作者签名：嘭己日期：瓣月日导师签名：条铜也日期：沙论年了月。垒日硕学位论文论文研究背景及意义第章绪论论文研究背景城市供水系统由取水、水处理和配水管网三部分组成，首先从水源取水然后送至水厂处理，经水厂净化后的水，最终均需要通过铺设在地下复杂的输配水管网送至千家万户。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

6、工艺中的重要组成部分。最早在水处理行业中得到应用的消毒剂是氯，其消毒作用是著名科学家赫于年在实验室中发现的。年，为了控制伤寒的暴发，伦敦首次在公共供水系统中采用了连续的氯化消毒处理。年，美国芝加哥的水厂首次将氯消毒作为常规处理工艺。此后二三十年间，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（消毒副产物，）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

7、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（可同化有机碳，）为，消毒剂浓度为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

8、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给水管网余氯衰减规律实验研究义。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

9、腐蚀具有十分重要的实际意义。我国目前水厂中使用的消毒工艺以氯消毒剂为主。但是，在我国南方的不少水厂中由于原水氨氮太高，采用氯胺消毒工艺；在部分大城市，由于配水管网庞大，水在管网中的停留时间很长，为了维持管网中的余氯，也采用了氯胺消毒的做法。维持一定浓度的余氯是保证管网水质的一个重要条件。我国生活饮用水卫生标准（）把余氯作为细菌学指标，标准规定，当以氯胺为消毒剂时，出厂水总余氯在接触分钟后，不应低，在管网末稍不低于。因此研究氯胺在供水管网中的衰减规律对于我国消毒系统的设计和运行具有十分重要的现实意义和应用价值。论文研究意义本文研究以氯胺为消毒剂时余氯在配水管网中的衰减规律，建立余氯衰减模型。通过

10、研究余氯在管网中各影响因素下的衰减规律，确定影响余氯衰减的主要因素，利用数学工具，建立余氯在配水管网中衰减的动力学模型，为我国给水管网消毒系统的设计提供一定的参考，为水厂投加余氯提供科学的指导。国内外研究现状饮用水中采用氯消毒方法始于世纪初，其作为消毒剂已经有多年的历史。国内外学者对饮用水氯化消毒的研究主要集中在两个方面：（）饮用水氯化消毒机理研究；（）氯在给水管网中的衰减机理研究。氯消毒概述饮用水中采用氯消毒方法始于世纪初，其作为消毒剂已经有多年的历史。年伦敦霍乱流行，博士经过仔细的流行病学研究之后，确定水是这种疾病的传播途径。年在实验室证明，氯气可以杀死病菌。年英国发生了一场通过饮用水传染

11、而引发伤寒大流行病的事件，为了达到杀菌的效果水厂首次采用次氯酸钠（）做消毒剂，对出厂水进行消毒，硕上学位论文自此之后世界各地水厂陆续使用氯消毒以达到杀菌的效果。年芝加哥的过滤厂开始使用常规消毒。与此同时，博士完善了她著名的消毒理论。年，液氯消毒被应用到大型设施中，从此氯化工艺迅速增加。氯消毒操作使用简单，成本低，消毒持续性好，余氯容易测定。因此成为最经济、有效和应用最广泛的消毒剂。自年代开始，氯仿等氯化消毒副产物相继在自来水中被检出，氯化消毒工艺的地位开始受到挑战，开始采用氯胺代替氯作为第二消毒剂维持配水管网中的消毒作用。我国目前水厂中使用的消毒工艺以氯消毒为主。在我国南方的不少水厂中由于原水

12、氨氮太高，采用氯胺消毒工艺。在北京、天津、上海、广州等大城市的超大管网中为了维持余氯，也采用了氯胺消毒的做法。氯消毒机理氯与水反应时，一般要产生“歧化反应”，即其中一个氯原子被氧化成为，另一个氯原子则被还原成一，反应方程式】：，日尊（）而次氯酸是一种很弱的酸，它电离为：肋兮一（）平衡常数：即一；网（时，）（）由式（）可以看出，次氯酸】占次氯酸根【】的相对比例取决于温度和值。当，温度为时，【与【】在水中的数量大体相等；当时，次氯酸是占优势的物种；当时，次氯酸根】是占优势的物种。实际上，次氯酸是比次氯酸根消毒能力大得多的消毒剂，如次氯酸杀死大肠埃希氏菌（）的能力比次氯酸根要大至倍，因为次氯酸是很小

13、的中性分子，它能扩散到带有负电荷的细菌表面，并穿透细胞壁到细菌内部。同时，由于它是一种强氧化剂，容易损坏细菌的细胞膜，使内部的蛋白质、等物质释出，并影响多种酶系统，从而使细菌死亡。而次氯酸根带有负电荷，它难于接近带负电荷的细菌表面，所以杀菌能力比次氯酸差得多。氯的氧化作用是破坏酶系统使细菌死亡，因为酶是促进葡萄糖吸收和新陈代谢作用的催化剂。氯胺消毒机理国内外的研究结果表明，当水中存在氨时，与氨产生下列的逐步反应：锔给水管网余氯衰减规律实验研究一（）十（）一（），和分别称一氯胺、二氯胺和三氯胺。上述反应主要由和氯氨比控制，温度和接触时间也起到一定的作用。图充分的说明了在之间时：与形成的氯胺的种类

14、的相关性【。这幅图显示在氯胺比小于：时一氯胺的量占有决定性优势。：从：增加到：时转折点出现，剩余氯量减少到最小。折点氯化反应生成氮气，硝酸盐，氯化氮。在：大于：时，自由氯和三氯化氮开始出现。投氯量图折点加氯曲线为了避免折点反应，一般将：（质量比）比维持在之间，实际上：为时对于消毒是最佳的，但在实际操作中很难维持折点曲线上这一点的操作。：在。时，氯胺混合物中，一氯胺是首选的饮用水消毒剂种类，因为二氯胺和三氯胺会引起恶臭的产生。为了保证不产生这些化合物，公认的限制：为：。然而，由于氨量过高，这样的：比又会导致硝化作用和微生物的增长。因此，：到：的：比中，：成为公认的氯胺消毒时最佳的氯氮比。盆、，露

15、寸莲珀图氯胺种类随变化的分配系数【硕：学位论文图显示了氯胺的种类和变化的相关性，在低时二氯胺占优势。此外，在大约一天的时间，若没有和：的调整，一氯胺的衰减速率小于二氯胺的，分别为和。在有存在的情况下，二氯胺相对不稳定。因此纯的一氯胺溶液很难发生和保存。表氯形成一氯胺的反应时间时间（秒）表显示，当温度，为时，产生一氯胺的反应数秒内就完成【。因此，相应于一般给水系统的条件下，水中主要以一氯胺的形式存在。氯胺消毒起消毒作用的是其缓慢释放的。当因衰减而减少时，按逆反应方向生成，从而实现消毒的目的。在实际生产中，在将和的物质的量比控制在之间，以保证在正常值下一氯胺是主要生成物。当太低，和的比值越高，对生

16、成较不稳定的有利，当时，和共存。它是一种比更强的消毒剂，但不稳定，有明显的气味。余氯余氯是指水经加氯消毒，接触一定时间后，余留在水中的氯量。有三种形式：总余氯总余氯包括，等。化合性余氯化合性余氯包括，及其他氯胺类化合物。自由余氯自由余氯（游离性余氯）。包括及。等。在以下的论述中，未经说明，所指的余氯都为总余氯。管网余氯衰减研究进展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：另一部分是由于氯与管壁上的生物膜、腐蚀产物或者管给水管嗍余氯哀减规律实验研究材本身反应引起的衰减，称为管壁衰减，

17、该部分的衰减系数计为。管网中余氯总的衰减为。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、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（，）。给水管网主体水余氯衰减影响因素研究进展给水管网中影响主体水余氯衰减的因素主要有有机物或还原性无机物，初始氯浓度，温度，等。有机物国内外的研究结果表明，水中有机物的初始浓度影响余氯衰减。年等人在实验室内将个水样中氯的初始浓度调整到，研究了总氯的衰减过程，并且建立了两阶段二级动力学模型。该模型将与有机物浓度有关的参数考虑在内，并且提供了氯与有机物反应的化学计量系数。但是考虑到不同水样中可以与氯反应的有机物浓度不同，没有能够在

18、参数和之间建立具体关系。年】在一个报告中指出：一级动力学衰减系数与之间是线性关系。年，】等人以地区给水系统为研究对象，在实验室内研究影响游离氯主体水衰减的因素时发现：主体水衰减系数与和成线性关系，但并不是以前研究者所认为的通过原点的线性关系，而是在其线性表达式中有一定的截距。如下式：厶一（）一口（）并且指出：仅仅可以表示水中有机物含量的高低，但是并不能很清晰的表示其中与氯具有反应活性的物质的含量；值的高低可以表示有机物中不饱和键的多少，而不饱和键是有机物中潜在的可以与余氯发生反应的部位。年，【等人以英国墨尔本水厂为研究对象进行研究发现：主体水衰减系数与浓度之间为幂函数关系；年，】以葡萄牙阿尔马

19、登市的给水管网为对象进行研究，分别用一级动力学模型和平行一级动力学模型对游离氯主体水衰减试验数据进行拟合也发现：两种模型拟合得出的衰减系数都与具有线性关系，并且具有一定的截距，相关系数超过。年，】等人在实验室内模拟腐殖酸溶液中一氯胺的衰减，对实验结果进行分析后认为可以根据腐殖酸的结构把腐殖酸分为快速反应和慢速反应两部分，采用四个与消毒有关的参数描述余氯的快速衰减（路径）和慢速长期衰减（路径）：两反应速率常数（。和）；两反应基团分数（和）。在此次实验条件下，研究发现模型中的快速消毒剂需求参数和都是常数，然而，不是常数，而是的函数，随的升高而降低，可能是由自然有机物中特定的反应基团引起的。年，等人

20、应用开硕学位论文发了一个复合模型模拟人工自然有机物配水中一氯胺的衰减。一氯胺与自然有机物的反应采用包含四个特定反应参数的两相模型描述：自然有机物反应路径涉及直接与一氯胺反应的那部分自然有机物（×。）；自然有机物反应路径涉及引起一氯胺慢速衰减和引起一氯胺分解产生的自由氯衰减的自然有机物（××。），这部分自然有机物是导致一氯胺衰减的主体。另外，研究结果表明，自然有机物中与自由氯反应的基团部分跟处的比紫外吸光值相关。年，唐锋【”】以天津市某中试系统过滤后出水为试验对象，研究了有机物对一氯胺主体水衰减的影响，结果表明：一氯胺主体水衰减系数与成正比。初始氯浓度年，等人以英国

21、富兰克林水厂处理后的水和伯明翰大学的自来水为研究对象，在实验室内研究了游离氯初始投加浓度对主体水余氯衰减的影响，实验结果发现：初始投加浓度对于主体水衰减有重要的影响，衰减系数与初始浓度的倒数成正比。年，等人在地区个采样点采样，通过实验室内试验研究了影响游离氯主体水衰减的影响因素，试验结果也发现：初始投加浓度与主体水衰减系数成反比关系，其表达式的为。年，】等人从英国墨尔本水厂取样进行研究时也发现了同样的规律。年，”】等人以不同处理工艺后出水为研究对象，以氯胺为消毒剂，研究了初始氯浓度对余氯衰减的影响，结果表明：初始氯浓度对余氯衰减的影响不显著。年，唐锋】以天津市某中试系统过滤后出水为试验对象，研

22、究了初始氯浓度对一氯胺主体水衰减的影响，结果表明：一氯胺主体水衰减系数与初始氯浓度成反比。温度温度对主体水衰减影响的研究从上世纪年代就开始了，几个研究组【，】相继进行了研究，都观察到衰减速率随着温度的升高而升高，但是这些研究都没有给出两者之间具体的关系。年，】进一步研究了温度和有机物浓度（）对于衰减速率的影响，并且在其报告中指出：以前关于温度对衰减速率的研究可以归结为下式：，叫一）式中：为一级动力学模型中的主体水衰减系数。但是在这个报告中没有数据对上式进行校正，只是估计×（），。当温度从上升到。时，通过上式的计算，反应速率可以上升到原来的倍。年】等人以英国富兰克林水厂处理后的水和伯明

23、翰大学的自来水为研究对象，在实验室内研究了温度对于游离氯主体水衰减的影响，发现衰减系数与温度之间给水管网余氯衰减规律实验研究具有指数关系，但是更加精确的表达还得取决于水中有机物的浓度及其反应活性；年，】等人在地区个采样点采样在实验室内对影响游离氯主体水衰减的因素进行研究发现：阿雷尼乌斯方程可以很好的表示温度对衰减系数的影响，对试验数据符合最好的曲线的超过了，模型预测值与试验值之间的最大偏差，也在试验测量误差之内。当优化的数值时，温度从上升到时，衰减速率可以增加到原来的倍；【】等人以英国墨尔本水厂为研究对象，从年到年历时两年半的时间，通过个水样的主体水衰减实验也发现：温度对主体水衰减系数的影响符

24、合阿雷尼乌斯方程的形式，当温度从上升到时，衰减系数可以增加倍。年，等人采用实验室配水的方式研究了温度对一氯胺自降解的影响，结果表明：在的范围内，温度对一氯胺的自降解有重要影响，当为，温度时，一氯胺自降解的半衰期为小时，而时一氯胺的自降解半衰期超过小时。年，等人取出水研究了温度对余氯衰减的影响，研究发现：实验进行小时后就可以观察到不同温度条件下氯胺衰减有明显的差异；温度越高，氯胺的衰减速率越快。年，唐锋【】以天津市某中试系统过滤后出水为试验对象，研究了温度对一氯胺主体水衰减的影响，结果表明：一氯胺主体水衰减系数随着温度升高而相应升高，认为衰减系数与温度的关系可以用幂函数模型来表示。由于饮用水在输

25、配过程中变化不大（），所以关于对余氯衰减影响的研究较少。年，】等人在对地区给水系统为研究对象进行游离氯主体水衰减试验研究，在所有的水样中，没有发现对主体水衰减系数有明显的影响，并指出其原因可能是水样变化范围太小所致。年，”】等人取四种不同处理工艺后出水研究了对余氯衰减的影响，当从增加到时，余氯的衰减速率变慢。年，唐锋【】以天津市某中试系统过滤后出水为试验对象，研究了对一氯胺主体水衰减的影响，结果表明：一氯胺主体水衰减系数随着的升高而相应降低，衰减系数与的关系可以用幂函数表示。还原性无机物国内外的研究表明，配水系统中氯胺的衰减与许多因素有关，包括一些可以导致氯胺衰减的还原性无机物质（如。）。配水

26、系统中的是由不完全的细菌硝化产生的。配水系统和清水池中都存在硝化细菌的生长。例如，年，】以澳大利亚南部的氯胺化配水系统为研究对象，研究结果表明：在所采集的个水样中，（个水样）的水样含有硝化细菌。尽管配水系统中总氯达到（大部分为一氯胺），仍然有的水样存在硝化细菌。不完全硕十学位论文的硝化反应会导致的积累。例如，年，】等人发现配水系统中的高达。年，发现在氯与的反应过程中，。被很快氧化为。，。被还原成。年，等人在实验室配水研究一氯胺与之间的反应动力学，评价了，温度，过量的以及一氯胺和初始浓度对反应速率的影响。结果表明：的表观反应速率与【】（】）呈比例关系，反应速率与呈很好的比例关系；在的条件下，其反

27、应的活化能非常低，为；磷酸盐催化一氯胺与之间的反应。年，】等人以实验室配水为研究对象，研究了。与一氯胺之间的反应，结果表明：一氯胺氧化一的反应过程通过形成中间产物，温度时，其二级反应动力学速率常数为±×。一；在约的条件下，进一步快速反应形成的产物主要为，。，。年，】等人采用实验室配水的方式研究了与对一氯胺衰减的影响，结果表明：单独投加或都会加快氯胺的衰减：当同时投加与。时，一氯胺的衰减较单独投加或时更快。年，唐锋【”以天津市某中试系统过滤后出水为试验对象，研究了。对一氯胺主体水衰减的影响，结果表明：的存在强化了一氯胺的衰减，其衰减系数随浓度的升高而增大。给水管网管壁余氯衰减

28、影响因素研究进展国内外的研究结果表明，影响给水管网管壁余氯衰减的因素主要有初始氯浓度，值，水力因素，管材，管径，管道敷设年代（管壁生物膜和管道腐蚀产物）等。初始氯浓度年，等人利用自行设计的管段反应器，以上世纪年代铺设的无内衬铸铁管为研究对象，研究了在该管段管壁作用下，不同初始投加浓度对游离氯衰减的影响，研究发现：管壁作用下，游离氯在不同初始投加浓度下的衰减速率基本上没有变化，说明管壁对于游离氯衰减的影响符合零级反应，认为：管壁处消毒剂的衰减速率由腐蚀产物，例如还原性二价铁离子的释放速率控制，而不是由消毒剂浓度控制。而年，】等人在实验室内利用一种安装了一完整管段的装置研究游离氯与管壁的反应，发现

29、：游离氯与管壁的反应符合一级动力学模型而不是零级动力学模型，认为：氯向管壁表面的传输速度是管壁处氯衰减的关键控制步骤，而不是管壁上腐蚀产物的产生。年，唐锋【】以取白天津市管网系统的使用年限为年的铸铁管为基础加工管段反应器，在此反应器内研究了初始氯浓度对管壁一余氯衰减的影响，结果表明：一余氯在管壁处的衰减系数随初始氯浓度的升高而增大。崔勇【】等人在实验室建立铜给水管余氯衰减规律实验研究管输配系统，研究了初始氯浓度对管壁处余氯衰减的影响，研究结果表明初始氯浓度对铜管管壁处余氯衰减系数影响不大。值是影响管道腐蚀的一个重要因素，管道腐蚀产生的腐蚀产物，是导致消毒剂衰减的一个重要因素，因此，亦是影响管壁

30、对于消毒剂衰减贡献的一个重要因素。年，】等人利用自行设计的管段反应器，以上世纪年代铺设的无内衬铸铁管为研究对象，研究了在该管段管壁作用，对游离氯衰减的影响，研究发现：随着的降低，游离氯的衰减速率升高。认为对腐蚀过程的促进作用是产生这种现象的主要原因。年，唐锋【】以取白天津市管网系统的使用年限为年的铸铁管为基础加工管段反应器，在此反应器内研究了对管壁一氯胺衰减的影响，结果表明：一氯胺在管壁处的衰减系数随的升高而减小。崔勇【等人在实验室建立铜管输配系统，研究了对管壁处氯胺衰减的影响，研究结果表明：铜管管壁处氯胺衰减系数随的升高而减小。水力条件国内外大部分研究人员认为消毒剂向管壁的传输速率是管壁影响

31、下控制消毒剂衰减的关键因素，不同的流速产生不同的水流状态，导致不同的传质能力。所以，理论上分析：流速是影响管壁对消毒剂衰减贡献率的另一个重要因素。年，】等人利用自行设计的管段反应器，以上世纪年代铺设的无内衬铸铁管为研究对象，研究了在该管段管壁影响下，不同流速下，游离氯的衰减情况，研究发现：当水流速度由上升到时，。由上升到；年，】等人在近似相同的流速范围内观察到了、相似的上升趋势。童祯恭【等于年提出，流态的变化会影响水质：在水管内表面有一层似乎不流动的薄水层，当流速增大时该水层减薄，使得氧的扩散补给容易，故促进了锈蚀。同时，腐蚀程度的增加又加快了氯的衰减，也就是说余氯衰减系数与流速成证比。等于年

32、在现场测试余氯衰减的情况时也发现了相同的现象。年，唐锋【】以取白天津市管网系统的使用年限为年的铸铁管为基础加工管段反应器，在此反应器内研究了流速对管壁一余氯衰减的影响，结果表明：一氯胺在管壁处的衰减系数随流速的升高而增大。崔勇等人在实验室建立铜管输配系统，研究了初始氯浓度对管壁处余氯衰减的影响，研究结果表明流速对铜管管壁处氯胺衰减系数影响不大。年，等人利用由不同管材分别组成的小型环状管网反应器，研究水流速度对化合氯衰减的影响，结果表明，化合氯总衰减系数与雷诺数成正比，随着管道内水流流速的增加，管网水中化合氯的衰减加快。硕仁学位论文管材】研究发现，管材对管网中氯的衰减有重要影响，在相同的管道敷设

33、年代条件下，就氯衰减系数的大小而言：钢管塑料管，非涂衬管涂衬管。等人利用由四种不同管材（旧管，敷设年代达年）单独组成的小型坏状管网反应器，研究管材对管道内化合氯衰减的影响。研究发现，管材对总氯的衰减速率影响从大到小依次为：镀锌钢管非涂衬铸铁管管涂衬铸铁管。管径余氯和管壁的接触面积愈大，余氯的衰减速度愈快。若将管道中单位体积的水与管壁的接触面积称为接触率，那么水与管壁的接触率和管道直径成反比。即：尺一署一三氕一式中：一一接触率；一一管道直径：一一管道半径；一一管道长度。由式（）可知，管径愈大接触率愈小，余氯衰减速度也愈慢。（）管道敷设年代研究发现，服务年限对不同管材组成的管网中余氯衰减的影响从大

34、到小分别为：非涂衬普通铸铁管，钢管，水泥涂衬普通铸铁管和水泥涂衬可延性球墨铸铁管，、以及管。给水管网主体水余氯衰减模型研究进展由于主体水中余氯衰减的研究方法容易实现，所以关于这方面的研究很多，国内外有很多研究成果都是关于主体水中余氯衰减模型。现将其研究成果归纳如下。经验模型最早的余氯衰减模型是和】在年建立的：“（）式中：。一一（）时刻消耗的氯；一一时消耗的氯；一一水样的特征常数。世纪年代以来，人工神经网络（，）技术在给水处理领域得到运用。】等选择水厂清水池的进水流量、投氯量、出余氯浓度、水温的组监测数据，运用技术模拟和预测了清水池中给水管嗍余氯衰减舰律实验研究的余氯浓度。一级反应模型年提出的一

35、级反应动力学模型【：，（）（）式中：。一一时刻氯的浓度；一一氯的初始浓度；一一一级反应速率常数。一级反应动力学模型形式简单，得到了非常广泛的运用，但是它不能够反映消毒初始阶段氯的快速衰减以及长时间后氯的缓慢衰减【。二级反应模型年，根据一个假想的不可逆反应建立了余氯衰减二级模型【】：以一矿（）式中：一一余氯；一一与余氯反应的物质；一一反应生成物；，一一化学计量系数。假设式（）的反应对和均为一级反应，则反应速率可以表示为：鲁一口，鲁“口”。总反应为二级反应，（）式中，一一分别表示反应物浓度和反应速率常数。通过使给定时间内反应物的量与的量相等，可推出任意时间的余氯浓度，即：，。裂式中：一一待估参数，

36、无量纲；一一速率常数；一一反应时间：一一初始氯浓度；。一一时刻余氯的浓度。根据的推导，式（）中可表示为：（一）（）其中：，且。年，美国学者等在美国国家环保局的资助下，通过实验得到如帧学位论义下的两个经验式：（）加（）埘）仃）（）一一一（）一（）一（）（木）（）式中：一一总有机碳（）一一温度（）。余氯衰减的二阶机理模型被】等用实测数据证实比一阶模型更准确。但该模型诞生不久，尚未得到广泛使用。混合级数模型等假设了余氯的反应方程，衰减速率符合二级反应方程：（）筹。防】（）出”。式中：一一余氯的浓度；一一所有与余氯反应的物质；一一反应速率常数。据此，按照反应计量关系推导得到：式中：、一一待率定的参数。

37、余氯衰减过程同时具有一级反应和二级反应的特征，应。级反应模型（）可能是个混合级数的反一一（）一一式中：刀一一反应级数，其中；一一反应速率常数，量纲与反应级数有关。据研究结果显示，值介于和之间【。限制一级反应模型，一（）（）（）式中：一一初始氯浓度的一部分，它是一个不确定的稳定值；一一初始氯浓度，；。一一时刻余氯的浓度，。平行一级反应模型】等人利用实测数据对比了多种模型的模拟结果，认为平行一级反应能较好地与数据吻合：给水管余氯衰减规律实验研究。；（七伽，）一）（一七）（）式中：一一初始氯浓度；。一一时刻余氯的浓度；一一快速反应管壁衰减常数；一一慢速反应管壁衰减常数；一一参与快速反应的氯在总需氯量

38、中的比例。平行二级反应模型在二级反应模型的基础上，】等用两个平行的二级反应分别表示氯与快速反应组分以及慢速反应组分的反应：，也呻（）推导后得到解析解：裂咎参掣，式中：一一余氯的初始浓度，；（）一一（）时刻余氯浓度，；、一一未知参数。分段反应模型由文献，可知，初始阶段氯的衰减速率比一级反应更快，并且衰减速率常数与氯的初始浓度相关。为了在模型中充分体现试验观察到的现象，众多研究者建议使用不同的反应动力学方程分别模拟氯衰减的不同阶段，表中列举了部分研究成果。表余氯分段反应模型研究成果给水管网管壁余氯衰减模型研究进展城市给水管网中，管道、调蓄设施的内壁一般都存在生物膜（）和腐蚀瘤（）。国内研究者将其统

39、称为“生长环【。国内外的许多研究都表明，它们确实能够消耗余氯。硕学位论文仍然可用式（）来表示余氯与容器壁上的有关物质发生的反应，代表已在管壁上的余氯，代表容器壁上能与余氯发生反应的物质，代表它们反应的产物。则余氯浓度的衰减速率为：竺一口。口定义：。一厂陋】为余氯在容器壁上与生长环反应的衰减速率常数。参与反应的余氯浓度即为在容器壁处的浓度，有：坠。丛。（）一宣一暑，气水在输配水管网中成紊流状态，在靠近管壁的极薄的一层还存在着层流流动。在紊流区，由于水流的紊动，可认为在这个区域内余氯浓度是均匀的。而在靠近管壁的层流层范围内，余氯浓度是不均匀的，越接近管壁余氯浓度越低。余氯在近管壁处不断被消耗，构成了以余氯的浓度差为推动力，通过层流层的传质过程。假设余氯与管壁上的生长环反应的余氯浓度来源完全是层流层到管壁的余氯传质过程的结果，两过程藕合，令水流紊流区中的余氯浓度为，则：七。一七，（）（），。暑”式中：为层流层到管壁的余氯传质系数，该系数通常可用舍伍德（）数来表示：，；（）式中：一一数；一一管径；一一余氯在水中的扩散系数