给水管网余氯衰减规律实验研究
给水管网水质模型管壁余氯衰减系数校正_张土乔
第42卷第11期2008年11月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal o f Zhejiang U niv ersity (Engineer ing Science)Vol.42No.11Nov.2008收稿日期:2007-11-29.浙江大学学报(工学版)网址:w w w.journals.z /eng基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078048);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCE T -04-0525).作者简介:张土乔(1963-),男,浙江余姚人,教授,博导,从事市政工程教学科研工作.E -mail:ztq@DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2008.11.025给水管网水质模型管壁余氯衰减系数校正张土乔,王鸿翔,郭 帅(浙江大学市政工程研究所,浙江杭州310027)摘 要:针对给水管网水质模型中各管道管壁余氯衰减系数难以确定的问题,采用余氯衰减一阶反应模型以及拉格朗日时间驱动动态水质模型,以管网节点余氯浓度作为校正数据,建立了在多工况下管壁余氯衰减系数校正数学模型.提出了基于极大极小蚁群算法的管壁余氯衰减系数校正方法,将可视度与经验余氯衰减系数值相对应,选择最优蚂蚁进行信息素更新.为避免陷入局部最有解,将信息素值限定在一定范围内.在优化求解过程中采用国际通用水力水质模拟软件EPA N ET 2获得所需的校正数据.算例结果表明,在管网水力模型准确和节点流量已知的前提下,采用极大极小蚁群算法对管壁余氯衰减系数进行校正,能够使模型节点余氯浓度的计算值与测量值更好地吻合.关键词:给水管网;管壁余氯衰减系数;校正;水质模型;极大极小蚁群算法中图分类号:T U 991.33 文献标识码:A 文章编号:1008-973X(2008)11-1977-06Chlorine wall decay coefficients calibration of waterdistribution quality modelZHANG T u -qiao,WANG H ong -xiang ,GU O Shuai(M unicip al E ngineer ing Resear ch I nstitute ,Zhej iang Univer sity ,H angz hou 310027,China)Abstract:Chlorine w all decay co efficients vary betw een pipes and can be determ ined indirectly fro m field measured concentration data.A general calibratio n model under m ult-i m ode to identify these parametersw as for mulated based on the simple first -order reaction of chlorine and the Lagr angian time -based appr oach of dynam ic w ater quality mo del.T he mult-i m ode model was analyzed to collect more node residual chlor ine data for calibration.Max -m in ant co lony sy stem algor ithm w as proposed to solve the calibration mo del that w as coupled w ith hydraulic and w ater quality sim ulation models using EPANET 2T oolkits.Only elitist ant w as allow ed to prov ide feedback mechanism by updating the trails and the trails w ere limited to an inter val betw een some m ax imum and m inimum possible values.Empirical co efficients w ere utilized co rresponding w ith lo cal heuristic function to impr ove the convergence of optimizatio n.Case study show ed that the chlo -r ine w all decay coefficients calibrated by the m ax -min ant co lony system alg orithm g ave perfect match be -tw een the actual and com puted node residual chlo rine v alues.Key words:w ater distributio n system;chlo rine w all decay coefficient;calibration;w ater quality model;max -min ant co lony system algor ithm给水管网水质方面的研究近年来在方法和复杂性方面都取得了很大的进展[1-4],但是对水质模型准确性的研究,还没有引起足够的重视.这是因为水质模型的准确运行不仅以校正后的水力模型为前提,还需要比较准确的水质模型输入参数,各管段管壁余氯衰减系数就是重要参数之一[5-6].影响管网水质模型准确性的因素主要有:管道内径、管道粗糙系数、节点流量、管道中主体余氯衰减系数和管壁余氯衰减系数5个参数[5].其中,管道内径和摩阻系数一般是通过管网水力模型校正来确定[7];由于缺少实测资料和管网用水户流量的不确定性,尽管节点流量的不确定性对于水质参数估计可能有着重要的影响,但是一般被认为是已知的[5];管道中主体余氯衰减系数(K b)主要是由水中的有机物浓度及其与消毒剂的反应所决定的,一般认为在整个管网中水流可以使用同一参数值,并且该参数值可以采用离线方式在实验室中通过烧杯实验测试得到[6,8];然而,管壁余氯衰减系数(K w)随着各管道的物理化学状况不同而改变,现实中很难对每个管段实施实地测量研究,因此必须通过水质模型和实地测试数据对其进行校正研究[5].目前关于给水管网模型校正方面的研究,水力模型校正相对成熟[7,9],而在水质模型中消毒剂反应机理比较复杂[10],如何更加准确地确定水质模型中的管壁余氯衰减系数有待进一步研究.Munavalli 等人[11]运用反问析法计算了在动态工况下的管壁余氯衰减系数,建立了加权最小二乘法的参数估计模型,采用高斯-牛顿法进行了求解,但该方法最多可以估计一个稳定氯气注入点的3个管壁参数. Pasha[5]以管径、管道粗糙系数、节点需水量和管壁余氯衰减系数作为不确定因素,使用蒙特卡罗方法进行训练,模拟分析了这些参数对于水质模型的不确定性影响,得出管壁余氯衰减系数对水质模型预测分析有着较大影响的结论;在水力水质模型基础上,提出了管壁余氯衰减系数校正模型,并采用混合蛙跳算法(shuffled frog leaping algo rithm,SFLA)结合国际上通用的软件EPANET2[12]对模型进行了优化求解.本文在前人研究的基础上,基于拉格朗日时间驱动方法(Lagrangian time-based approach, LT BA)的动态一维余氯衰减水质模型,建立了在多工况下的管壁余氯衰减系数校正模型,并利用极大极小蚁群算法(max-min ant colo ny system alg o-r ithm)对该模型进行了优化求解.1管壁余氯衰减系数校正过程1.1余氯衰减一阶反应模型影响余氯在输配水管网中衰减的因素很多,其中主要的且目前研究比较深入的有2大原因[8,10]:一是余氯与主体水流中存在的多种有机物和无机物发生反应;二是通过管壁附近层流的质量转输与附着在管道或水池等其他管网组件壁上的生物膜发生反应.采用适用于整个管网模拟的基于质量传输的余氯衰减模型,假设余氯衰减反应在管道中和管壁处同时发生,2种类型的反应都采用一阶衰减模型:r(c)=kc.(1)式中:c为氯的浓度,k为余氯衰减系数.余氯衰减表达式为d cd t=-k b c-2k w k f cR(k w+k f).(2)式中:k b为主体余氯衰减系数,R为管道半径,k w为管壁余氯衰减系数,k f为质量传输系数.k f一般根据无量纲的舍伍德数(Sherw ood)计算:k f=Sh Dd.(3)式中:D为余氯在水中的扩散系数,d为管道直径.根据雷诺系数的不同,舍伍德系数的计算公式不同,在此不再赘述[12].由于主体余氯衰减系数k b可以采用离线方式在实验室中通过烧杯实验测试得到[6,8],本文主要是针对管壁余氯衰减系数k w进行校正研究.1.2管网动态水质模型管网动态水质模型主要是在时间或工况变化条件下,动态模拟管网中物质的传播和移动,求得管网内全部节点和管段的水质状况,实现对管网水质工况的预测显示,为管网的水质优化运行提供坚实的基础.管网动态水质模型的建立基于如下假设:1)在一个水力时间段内,沿管道水流的对流传输过程是一维传输状态;2)在管网交叉节点处,物质在节点断面上完全、瞬间混合,在节点的纵向传播和蔓延被忽略;3)在管网系统中任何溶解物(如余氯、氟、氮)的动态反应遵循一阶反应规律(衰减或增加).给水管网系统水质模型[12]是在一套已知的管网水力条件下和水源输入模式下,预测溶解物浓度随时间的变化,其控制方程主要是由下面方程组成.1)管网物质对流传输过程.管段中溶解物质随着管道中水流运动的同时进行衰减或者增加的反应过程,如前面假设,忽略纵向传播扩散,对流传输过程可用一维质量守恒微分方程描述如下:5c i(x,t)5t=-u i5c i(x,t)5x+r[c i(x,t)].(4)式中:c i(x,t)为管段i在x处t时刻的物质浓度; u i为管段i中的流速;r[c i(x,t)]为管段中反应物的反应表达式,对非反应物质其值为零,本模型采用式(1)所示余氯一阶衰减模型.2)节点处的混合.管线端点处的浓度由物质自身的质量平衡决定.假设物质在节点处瞬间、完全混合,对于节点k,可以利用下式计算:1978浙江大学学报(工学版)第42卷c i|x=0=E j I I k Q j c j|x=L j+Q k,ext c k,extE j I I k Q j+Q k,ext.(5)式中:i为流离节点k的管段,I k为流入节点k的管段的集合,L j为管段j的长度,Q j为管段j的体积流量,c j|x=Lj为管段j末端与节点k相连处的物质浓度,Q k,ext为外部水源流入节点k的体积流量,c k,ext为外部水源流入节点k的浓度,c i|x=0为管段i起始处物质浓度,c i|x=L表述管段i末端点处物质浓度.3)对于变水位的水池等储水设备,基于前面假设2),并考虑一阶反应模型,其浓度变化可用质量守恒方程描述:5(V s c s)5t=Ei I IsQ i c i|x=Li-E j I OsQ j c s+r(c s).(6)式中:V s和c s分别为在完全混合水池中t时刻水的体积和浓度,I s为流入水池的管段集合,O s为流出水池的管段集合,Q i和Q j分别为流入和流出对应管段的体积流量,r(c s)仍然采用式(1).给水管网动态水质模型在空间上分为欧拉模型和拉格朗日模型2种类型,在时间上分为时间驱动和事件驱动2种类型,其中拉格朗日时间驱动方法运用最广泛.这种方法是沿管段跟踪一系列不同长度的互不覆盖的离散体积元素,以固定的时间间隔修改管网系统状态.随着时间的推移,水进入管段,管段中上游体积元素长度增加,同时下游体积元素减少同样长度,元素之间的距离保持不变[12].管网动态水质模型方程可以抽象表示为C(t k+1)=G(t k)C(t k)+H(t k)u(t k).(7)式中:C(t k+1)、C(t k)分别为给水管网动态水质模型在t k+1、t k时刻的状态向量矩阵,G(t k)、H(t k)分别为给水管网动态水质模型从t k到t k+1时刻的状态向量转换矩阵和输入控制矩阵,u(t k)为管网系统的水源控制向量.1.3余氯衰减系数校正模型以拉格朗日时间驱动的动态水质模型为基础,采用余氯衰减一阶反应模型,对各管段余氯衰减系数进行校正,以增加水质模型模拟和预测的准确性.选择管网水质检测点的余氯浓度为校正数据的测量点.管壁余氯衰减系数校正模型的目标是通过改变管壁余氯衰减系数,使管网水质模型计算所得的节点余氯浓度模拟值和测量值之差最小[5].由于各节点的用水量随时间发生变化,流量和压力及不同时刻的节点浓度会随之发生显著变化,可以收集不同时刻的管网运行数据,这些数据反映了在不同工况下(用水高峰期、用水低峰期)的管网状态.同时考虑了水塔的进出水变化时刻、供水泵的开启和关闭时刻,及不同的氯气注入方案等.建立了与实际管网运行情况更加符合的模型,收集的数据较全面地反映了在不同时刻、不同工况下的运行情况,因此能够较准确地校正管壁余氯衰减系数.目标函数描述如下:m in f(K w)=E L l E T t E N n(cc n,t,l-mc n,t,l)2.(8)约束条件为G H(H,q)=0,(9)G Q(q,cc)=0,(10)K w,lower[K w[K w,upper.(11)式中:cc n,t,l和mc n,t,l分别为在工况l下t时刻检测点n处节点余氯浓度的水质模型计算值和实际测量值;N为管网检测点数量;T为测量次数;L为管网运行工况的数量;H和q分别为在管网运行过程中各节点的水压和流量向量;式(9)代表了管网水力平差计算的过程,详细公式不再赘述[12];cc为在管网水质动态模拟计算中各节点余氯浓度向量;式(10)代表了拉格朗日时间驱动方法的动态水质模型方程[12];K w为各管段余氯衰减系数值所组成的决策向量;K w,upp er和K w,lower分别为K w的上限值和下限值.2采用极大极小蚁群算法校正管壁余氯衰减系数2.1算法介绍蚁群算法(ant colo ny system algorithm)是近年出现的一种新型的模拟进化算法,它是由意大利学者Dorig o等人[13]首先提出来的.极大极小蚁群算法(m ax-m in ant colony sy stem alg orithm)[14-15]是对其直接完善的方法之一,它修改了蚁群算法的信息素更新方式,在每次迭代后只有一只蚂蚁能够进行信息素的更新以获取更好的解.为了避免搜索停滞,路径上的信息浓度被限定在[S min,S max]内,信息素的初始值被设定为其取值上限,有助于增加算法初始阶段的搜索能力.Zecchin等人[15]经过对5种蚁群算法在给水管网优化设计中的比较研究,认为极大极小蚁群算法的计算效果最好.以求解n个城市的旅行商问题为例说明极大极小蚁群算法模型[7].为模拟实际蚂蚁的行为,首先引入如下记号:设m是蚁群中蚂蚁的数量,d ij(i,j= 1,2,,,n)表示城市i和j之间的距离,b i(t)表示t时刻位于城市i的蚂蚁个数,m=E n t=1b(t)表示蚂蚁的总数.在初始时刻,各条路径上的信息量相等,1979第11期张土乔,等:给水管网水质模型管壁余氯衰减系数校正设S ij(0)=C(C为常数).蚂蚁k(k=1,2,,,m)在运动过程中,根据各条路径上的信息量决定转移方向,p k ij(t)表示在t时刻蚂蚁k由位置i转移到位置j的概率.p k ij=[S ij(t)]A#[G ij]BEk I Ak[S ij(t)]A#[G ij]B,j I A k;0,其他.(12) S ij(t+n)=Q S ij(t)+$S*ij.(13)$S k ij=Z/L k,若蚂蚁k在本次循环中经过路径ij;0,其他.(14)式中:A k为{N-T k};T k是包含第k只蚂蚁下一步不允许选择的城市列表;S ij(t)为t时刻城市i到j 的信息量;G ij为城市i到j的可视度,可以认为是2个城市间距离的倒数;A、B为控制信息量和可视度重要程度的参数;随着时间的推移,以前留下的信息量逐渐消逝,Q表示信息的保留系数;经过n个时刻,蚂蚁完成一次循环,S ij(t+n)表示在t+n时刻留在路径ij上的信息量;$S k ij表示蚂蚁在时刻t和t+ n之间留在路径ij上的信息量;当所有蚂蚁都完成一次循环后,按照式(13)和(14)进行信息素的更新, $S*ij是最优蚂蚁留在路径ij上的信息量;Z是常数; L k表示第k只蚂蚁在本次循环中所走路径的总长度,在本例中,按照式(8)来计算.在初始时刻, S ij(0)=C(常数),$S ij=0;参数Z、C、A、B、Q可以用实验方法确定其最优组合,终止条件可以是固定循环次数或者进化过程不明显.当仅使用最优蚂蚁更新信息素时,经过一段时间的蚂蚁系统的运算,在某些路径上的外激素值可能变得较大,因此这些路径不停地被选择,而其他路径不再有作用,于是出现早熟的现象,算法不再可能找到更好的路径.为了缓解这个问题,在极大极小蚁群算法中,对路径上的外激素值进行了限制,使其值在S max和S min之间,缩小了各路径上的外激素值差值,增加了对更好的路径进行探索的可能性.设n为城市的个数,S max和S min的计算过程如下:S max=1(1-Q)L*,(15)S min=S max2(1-e(ln0.05)/n)e(ln0.05)/n(n+1).(16)最初值的计算过程如下:S max,0=Z(1-Q)L k0,(17)S min,0=S max/(2n).(18)式中:L*为最好的蚂蚁所选择的路线长度,L k0为初始设定的蚂蚁路线长度.2.2求解步骤采用极大极小蚁群算法校正管壁余氯衰减系数的步骤如下.1)确定校正系数的个数n值及每个系数待选择的N条(K w i1,K w i2,,,K w iN)路径值,初始化蚁群数量m值及各参数变量值.2)由经验系数值计算出蚂蚁路线长度,根据式(17),设定初始信息素值为其上限值S ij(0)=c= S max,0,同时定义式(12)中路径可视度计算公式为G ir=W/(W+|S ir-S i c|),其中W为常数,S ir为管道i的路径r对应的管壁余氯衰减系数,S i c为管道i 的经验系数.3)蚂蚁根据各路径上的信息素值由式(12)经过n次路径选择后构造出蚂蚁路线,将对应路线上各管段的余氯衰减系数K w输入到管网动态水质模型中.4)调用水力水质模拟软件EPANET2得到每个节点的管壁余氯浓度值,采用式(8)计算该只蚂蚁的路径评价值,其相应于式(14)中的总长度L k.5)当所有蚂蚁完成n次路径选择后,对m条蚂蚁路线进行评估,选择最优蚂蚁路线,根据式(13)和(14)由最优蚂蚁路线更新信息素值.6)根据式(15)和(16),判断信息素值是否在极大、极小范围内,如果不在,重新设定信息素值.7)如果未达到结束条件(通常为一个预设的最大迭代次数),则返回步骤3).3算例分析采用EPANET2自带的算例Net2A,如图1所示,该管网共有39根管道,36个节点,其中包括1个水塔和1个水源.管网参数数据可以在EPANET 的安装目录下找到,具体数值不再赘述.各管道的管壁余氯衰减系数值如表1所示.若对每根管道的管壁余氯衰减系数进行校正,尤其是针对实际负责管网来说,计算规模较大,难以实现.由于管壁余氯衰减系数和管龄、管材、管径、摩阻系数及铺设状态等因素有关,考虑将具有相近物理条件的管道分成一组,将39根管道分成了5组,则管壁余氯衰减系数为5个变量的决策向量.设定每2个节点间有100条路径可供选择,每条路径代表0~-1.0的一个系数值,将各管段经验系数值均设置为-0.5.在实际管网管壁余氯衰减系数值校正过程中,管段经验系数值可以根据管道基本物理参数进行经验系数值的推断.管网实际水质余氯检测1980浙江大学学报(工学版)第42卷图1某城市算例管网Net2AF ig.1Example netw ork N et2A表1实际余氯衰减系数值与校正值的比较Fig.1A ct ual wall deca y coefficient values ver sus calibr ated values管段编号实际值校正值管段编号实际值校正值2-0.60-0.5522-0.50-0.46 3-0.58-0.5523-0.40-0.46 4-0.62-0.5524-0.50-0.46 5-0.50-0.5525-0.40-0.46 6-0.52-0.5526-0.40-0.38 7-0.54-0.5527-0.40-0.38 8-0.50-0.5528-0.40-0.38 9-0.46-0.5030-0.40-0.38 10-0.52-0.5031-0.40-0.38 11-0.48-0.5032-0.30-0.30 12-0.53-0.5034-0.30-0.30 13-0.47-0.5035-0.27-0.30 14-0.51-0.5036-0.28-0.30 15-0.44-0.5037-0.28-0.30 16-0.51-0.5038-0.32-0.30 17-0.59-0.5039-0.28-0.30 18-0.53-0.5040-0.27-0.30 19-0.47-0.5041-0.29-0.30 20-0.50-0.5042-0.31-0.30 21-0.48-0.50)))点为如图1所示4个.考虑3种工况分别为:一天24h连续运行过程,水泵2次开关变化及不同的消毒剂投入浓度.极大极小蚁群算法各参数的取值根据经验确定:根据计算规模蚂蚁数量取为500,迭代次数为200,式(14)中的常数Z一般为1.0,参数A和B的影响程度相近,分别取为1.5和2.0,保留系数一般为0.9,参数W的值与摩阻系数值数量级相当,这里取为-0.5.管道管壁余氯衰减系数实际值与校正值的对比如表1所示.采用另一个氯浓度投入消毒工况进行了校核,各节点余氯质量浓度实际值与计算值比较如图2所示,平均绝对误差为0.019mg/ L,两者比较吻合.图2校核工况节点余氯质量浓度计算值与实测值比较F ig.2Actual chlor ine mass concentr ation values v ersusco mputed values for no desPasha[5]采用SFLA实现了该管网的管壁余氯衰减系数校正研究,在其结论中提到了2个有待研究的问题.一是由于节点余氯浓度随着工况的不同变化很小,所求得的目标函数值很接近,而SFLA 每步迭代都需要求解目标函数值并对其进行直接比较,这对算法优化速度有所影响;而极大极小蚁群算法将目标函数隐含在信息素更新的过程中,并且采用倒数形式,因此不会影响优化速度.二是由于每个管段的参数灵敏度不同,SFLA没有采取相应的措1981第11期张土乔,等:给水管网水质模型管壁余氯衰减系数校正施,而极大极小蚁群算法可以充分利用可视度信息与经验系数值的对应关系,不仅能够提高优化速度及避免使优化陷入局部最优解的可能性,还可以在更加复杂的实际管网中充分利用参数灵敏度信息.4结语在假设水力模型校正已经完成的情况下,对给水管网水质模型中管壁余氯衰减系数校正方法进行了探讨.选择了管网水质检测点的余氯浓度为校正数据的测量点,为了更好地模拟管网实际运行情况,并得到更多的校正数据,采用了多工况的分析方法,由节点余氯浓度模拟值和实测值差值最小为目标函数,建立了在多工况下水质模型中管壁余氯衰减系数校正的数学模型.采用极大极小蚁群算法求解了给水管网管壁余氯衰减系数校正数学模型,充分利用可视度的信息与经验余氯衰减系数值相对应,并利用最优蚂蚁来更新外激素并将其限制在最大、最小范围内,既提高了优化速度也避免了早熟现象.通过算例证明了该校正模型方法的正确性和优越性,为更加准确地描述管网水质模型和更好地解决水质问题,提供了新的研究途径.参考文献(References):[1]OST FEL D A.Enhancing w ater-distr ibutio n system se-cur ity thr ough mo deling[J].Journal of Water Resources Planning and Management,2006,132(4):209-210. 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给水管网中余氯衰减模型的探讨
目前 ， 各水 厂 主要 是 在 出厂 时 加 氯进 行 消 毒 ， 但 是经 消 毒后 的 自来 水 在流 经庞 大 的给水 管 网时 ， 由于 管 网 中的各种 复 杂反 应 造 成 氯 质 量浓 度 不 同程 度 上
的下 降 ， 以至 于达 到 用 户处 的水 质 达 不 到 国家 标 准 。
式中
Ｌ 一 一 ２ ４ ． ６一 （ ． ９ ＯＣ ）一 （ ． ４ Ｈ ）一 Ｏ１ Ｔ Ｏ １ｐ （．７ Ｏ ０ Ｔ）＋ （ ． １ ・ｐ ） Ｏ０ Ｔ Ｈ （） ４
ｎ＝ ｌ （
总有机 碳 （ ｇ Ｌ ａ ｒ ／）
丁——摄 氏温度 （ ℃） ２ ２ 余氯在 管 壁水 中的 衰减 ．
中 的消耗 ； 第二 项代 表 因管 壁 腐 蚀所 导 致 的氯 消 耗 ； 第 三项 代表 氯 在管壁 上 的消耗 。
作用 。维持管网余氯是保证管 网水质的一项重要措 施， 是各 国饮 用水 的卫 生指 标 。我 国生 活饮用 水水 质
的一 项 主要 指标 就是 在 管 网末 端保 持 余 氯 浓 度 不 低
为 反应 进行 的摩 尔数 ， 也是 电极 反应 中得 失 电子 的数
式中
且
ｒ— — 水力 半径 （１ ｈ Ｉ） ｌ Ｋ ——层 流层 到管壁 的余 氯传质 系数 （ ｄ ｍ／ ）
Ｋｆ Ｓ （ ｄ — ｈ Ｄ／ ） （） ６
目； Ｆ为法 拉第 常数 。
（３式中可以用来确定氯的浓度（ＨｃＯ ） １） ［ １］
等ｃ ｃ 一ຫໍສະໝຸດ 一 （） ５ 随时间而加速进行 ， 整个腐蚀过程具有一种“ 自催化”
的性质 。（１式 中的 电动 势 可 以由 Ｎｅｎ ｔ １） ｒｓ 方程 求 出 Ｅ — Ｐ （ － ４ ＲＴ／Ｆ）ｎ ＨＣＯ］ ｚ ｉＥ ｉ １） ３ 其 中 ， 为 腐 蚀 电池 的 电动 势 ； ｏ为 标 准 电 动 势 ； Ｅ Ｅ
供水管网中余氯衰减机理及模型研究
中主要和 水中的有机 、 无机物反 应： 水中的无机物主要与余 复杂 ． 主要和 水中 ＮＯ Ｍ 的组分有关。 管壁表 面余氯主要与存在 的细菌膜和腐蚀瘤进行反应 ， 其反应机理比较 复杂 ， 其影响因素较 多 此外 ． 余氯在 主体水 中的主 要衰减模型有经验模型 、 一级动力学衰减模型 、 二级组合动力学衰减模 型、 ｎ 级模 型（ １ ＜ ｎ ＜ ２ ） 、 一级平行模型 、 一级 限制模型等 ， 而余氯在管壁表
面的 衰 减 模 型 一般 为零 级 模 型 和 一级 衰减 模 型
【 关键词】 主体 水； 管壁 ； 余氯衰减机理 ； 余氯 衰减模 型
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｒｅ ｓｉ ｄｕ ａ ｌ Ｃｈｌ ｏ ｒ ｉ ｎｅ Ｄｅ ｃ ａ ｙ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍｓ ａ ｎ ｄ Ｍｏ ｄｅ ｌ ｓ ｉ ｎ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｓｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ＺＨＡＮＧ Ｍｉ － ｌ Ｉ ｌ ｉ
Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
第 １ ０期
山 东 工 业 技 术
２ ０ １ ３ 正
供水管网中余氯衰减机理及模型研究
张 迷迷 （ 神华 宁夏煤 业 集团 红柳煤 矿 ， 宁夏 灵武 ７ ５ １ ４ ０ ０ ）
（ Ｈｏ ｎ ｇ ｌ ｉ ｕ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｈ ｕ ａ Ｎ ｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ Ｃｏ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ ， Ｌ ｉ ｎ ｇ ｗｕ Ｎ ｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ ， ７ ５ １ ４ ０ ０ ）
供水管网水质余氯安全及其保障措施探讨
供水管网水质余氯安全及其保障措施探讨前言余氯是指水经过加氯消毒，接触一定时间后，水中所余留的有效氯。
余氯的作用是保证持续杀菌，防止水受到再污染，它是保证供水安全性的一项重要指标[1]。
世界卫生组织在《饮用水水质准则》中将饮用水消毒问题列于第2位, 仅次于微生物问题。
美国EPA的《国家饮用水基本规则》中明确规定,饮水必须经过消毒。
在安全饮用水的供应过程中,消毒无疑是很重要的。
目前饮用水消毒的主要方法有氯化消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒等。
氯消毒具有经济、简便、来源较广泛并且能除去部分臭味和有机物等诸多优点,长期以来被各国广泛采用。
现今许多自来水厂仍然将其作为主要的消毒方式。
我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定：氯与水接触30分钟后，出厂水余氯含量应不低于0.3mg／L，管网末梢水不低于0.05mg／L。
如果水中余氯含量过低，就会导致细菌和大肠菌在供水管网中大量繁殖，影响供水水质；如果余氯含量过高，不仅浪费加氯量，而且会产生强烈的刺激性气味，损害人的呼吸系统，还有可能与水反应生成三氯甲烷和四氯化碳等致癌物。
国内外的许多研究结果发现：消毒剂投加量是影响消毒副产物生成量的重要因素[2]因此，控制保障水中余氯含量，对于保障饮用水卫生安全极为重要。
本文在查阅国内外相关文献报道的基础上，对余氯的研究综述如下。
1.管网余氯衰减研究进展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。
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［3］：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，水体是指供水管道中由边界层至管轴之间的水体部分，这部分水体中的余氯消耗与外界环境无关，是氯与水中无机和有机组分反应的结果，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。
多水源供水管网余氯优化控制研究及应用
出水量 ， ｈ ， ｍ ／ ； 为水源泵站数 ； 为划分的水力周期 ． ，
内时段 数 为 电耗成 本 ； 为 第 泵 站 第 时 段 扬
２ 余 氯优 化控 制模型
２１ 余 氯 优化 控 制模型 的 分类 ．
程 ， ｃ 为第 ｉ ｍ； 泵站第 时段单位扬程 和单位供 水
量时 的 电费 ， （ ｍ ・ ； 为规 定 管 网节 点 某 一 ｍ） ｃ
①
最佳加氯量模型
模型求解过程 中一个重要 的因素 ， 如果选 择不 当 ， 会对结果产生 不 良影 响 ， 且传 统求 解方 法在 搜索 广 度 方 面也 有 欠 缺 。
余 氯优 化控 制 系统作 为 供水 管 网优化 调度 系 统 的高级 发展 形式 ， 以供水 管 网余氯 为控 制对 象 ， 以管 网 的水 质模 型为 决 策 评 价基 础 ， 以水 质监 测 网 为数
出水余氯浓度有富余 ， 且没有根据供水分界线对 出 厂水余氯浓度进行调整 ， 导致管 网中部分节点余 氯 过高 ， 水有强烈 的刺激性气味， 同时对管道也造成一
定的腐蚀 ¨ 。合理控制余氯可减少 总加氯量 ， １ Ｊ 降低 消毒副产物生成潜能 ， 使管网水余氯分布更加均匀， 同时提高系统 的供水生物安全性及应对污染物侵害
｛ Ｉ
：
专 （ 一 ｃ ｃ）
． ～
（ １ ）
式中 为广义水力 目标 函数 ； 为广义余氯 控制 目标 函数 ； 为制水成本 ； ． 为第 ｉ ｓ 泵站第 时
给水管网余氯衰减规律实验研究
给水管网余氯衰减规律实验研究◆◆◆◆一、研究背景◆氯：消毒，杀菌◆为了保证管网水质，GB5749-2006出厂水总余氯在接触120分钟：0.5mg／L0.05mg／L◆氯与水发生歧化反应：O HOCl+HClHOCl H管网中余氯的衰减可以用一级动力学模型描述，可以表示为：kCdtdC-=ktteCC-=积分，可得：研究对象●水力条件：流速（雷诺数）pH值）3.1流速对管网余氯的影响不同流速下管网水余氯浓度时间(h)V=0.10m/s V=0.30m/s V=0.60m/s余氯浓度(mg/L）余氯浓度(mg/L）余氯浓度(mg/L）0 1.16 1.16 1.141 1.10 1.10 1.082 1.06 1.06 1.044 1.04 1.030.9860.990.980.9080.940.920.84120.840.800.71160.780.720.58240.650.560.43流速（雷诺系数）与管壁衰减系数的关系：不同流速下管网水余氯衰减动力学拟合结果流速(m/s）雷诺数Re衰减系数k(h-1)相关系数R2k-kb(h-1)0.10144000.02330.99620.01830.30432000.03030.99830.02530.60864000.03970.99830.03471.001440000.05390.99670.04893.2初始氯浓度对管网余氯的影响不同初始氯浓度下管网水余氯浓度时间(h)C0=0.63 mg/L C0=1.56 mg/L余氯浓度(mg/L）余氯浓度(mg/L）00.63 1.5610.58 1.4220.56 1.3140.42 1.0560.330.8380.300.65120.250.40160.120.25240.110.15管壁余氯衰减系数kw与初始氯浓度Co之间的关系：不同初始氯浓度下管网水余氯衰减动力学拟合结果初始氯浓度C0(m/L）衰减系数k(h-1)相关系数R2k-kb(h-1)0.630.06440.97340.05941.560.09880.98320.09382.580.10380.99370.0988不同pH下管网水余氯浓度时间(h)pH=6.50 pH=7.50余氯浓度(mg/L）余氯浓度(mg/L）0 1.20 1.181 1.13 1.152 1.02 1.1140.840.9960.710.9080.590.82120.390.69160.220.54240.150.40衰减系数kw pH的关系可以表示为：不同pH下管网水余氯衰减动力学拟合结果初始pH值平均pH值衰减系数k(h-1)相关系数R2k-kb(h-1)6.507.000.08890.98740.08397.708.000.04610.99880.04118.408.350.04270.99790.0377四、管壁余氯衰减系数预测模型当考虑水力条件(雷诺数Re)初始氯浓度Co和pH 值三个反应条件对余氯衰减影响时，管壁余氯衰减系数预测模型ktteCC-=。
供水管网中余氯衰减情况的试验研究及分析
供水管网中余氯衰减情况的试验研究及分析
李红艳;吕谋;王梦琳;张坤明
【期刊名称】《给水排水》
【年(卷),期】2010(036)005
【摘要】针对供水管网中的余氯衰减展开深入研究,在构建的管网模拟试验平台和计算机模型上进行了相关的水质分析.在大量实测数据的基础上采用一级动力学模型建立了系统余氯衰减模型,确定系统总的余氯衰减系数k、主体水中余氯衰减系数kb及管壁处余氯衰减系数kw,并总结出各余氯衰减系数与各影响因素的具体关系式.
【总页数】5页(P162-166)
【作者】李红艳;吕谋;王梦琳;张坤明
【作者单位】青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛,266033;青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛,266033;青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛,266033;青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛,266033
【正文语种】中文
【相关文献】
1.供水管网中余氯衰减变化的主要影响因素分析 [J], 刘渊;高鹏
2.供水管网水质模型中余氯在主体水中的衰减情况分析 [J], 林英姿;王宇
3.供水管网水质模型中余氯在主体水中的衰减情况分析 [J], 林英姿;王宇;
4.不同原水与出厂水水质对供水管网中余氯衰减变化规律的影响 [J], 刘彩娥;王诗
宇;蒋福春;张雪;杨琛栋;林涛
5.供水管网中余氯衰减机理及模型研究 [J], 张迷迷
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试论不同水质供水管网浊度对余氯衰减的影响
试论不同水质供水管网浊度对余氯衰减的影响摘要：日常生活中水的用途是十分广泛的，不同水质的作用是不同的，有效的水消毒对于病毒的消灭发挥着关键的作用。
通过开展不同水源、不同水质的供水管网的余氯和浊度检测工作，能够将不同水质供水管网浊度对余氯衰减的影响体现出来。
大量的研究结果体现出，在不同供水水质中，混合水质与其他水质相比，对于余氯衰减影响较大，所以为了进一步保证用水的质量，就要加强对供水管网的改造。
关键词：不同水质；供水管；网浊度；余氯衰减在实际的饮用水处理中，消毒工作是必不可少的，因为消毒可以将水中的病原菌微生物等进行消除,降低病毒对人体的伤害，防止疾病的传播[1]。
不同的水源水质在消毒时产生的消毒副产物种类和浓度也千差万别,不同水质供水管网浊度对余氯衰减具有较大的影响。
因此,需要积极分析不同水质因素在消毒过程中的变化规律，以便控制不同浊度对于用水安全的不良影响。
1.概述某城市供水管网在实际工作中采用的方式为统一供水，供水方式为由四周向市区集中，供水的过程中，部分地区因为距离较远，所以需要进行长距离供水，在长距离供水过程中，往往会因为距离过长而造成出厂水加氯消毒后经过供水管网输送导致氯被消耗，从而导致用户饮用水中余氯偏低。
通常情况下，供水管网的属性、供水的水力工况以及不同的供水水质都对余氯消耗具有不同的影响，其无论是在供水属性和供水状况方面，相对变化较小，但是对于水质余氯衰减的影响通常较大[2]。
一般情况下水质影响体现为浊度、pH 值和水温等。
所以在该地区的供水干线现场水质检测中，需要分析不同水质供水干线浊度对于余氯衰减的作用，从而为供水管网的更新改造提供保证，通过及时清理管网，降低余氯衰减的速度，解决偏远地区用水户余氯偏低的现象，保障城市供水水质达标。
1.检测项目和检测方式为分析城市供水系统浊度对余氯衰减的影响，主要检测浊度和余氯两项内容。
按水流方向选择三条不同水质供水干线，包括地表水、地下水和混合水，分别以干表、干下、干混表示。
供水管网中余氯衰减变化的主要影响因素分析
科技情报开发与经济ＳＣＩ－ＴＥＣＨＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ２００６年第１６卷第６期ｏｆｓｏｉｌｓｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｗｉｔｈｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ．ＭｉｃｒｏｂｉｏｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００１，５５：６６１－６７２．［３９］ＡｌｋｏｒｔａＩ．Ｃｈｅｌａｔｅ－ｅｎｈａｎｃｅｄｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｓｐｏｌｌｕｔｅｄｗｉｔｈｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＢｉｏ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，３：５５－７０．［４０］Ｔｈａｙａｌａｋｕｍａｒａｎ，Ｔ．ＰｌａｎｔｕｐｔａｋｅａｎｄｌｅａｃｈｉｎｇｏｆｃｏｐｐｅｒｄｕｒｉｎｇＥＤＴＡ－ｅｎｈａｎｃｅｄｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｒｅｐａｃｋｅｄａｎｄｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄｓｏｉｌ［Ｊ］．ＰｌａｎｔａｎｄＳｏｉｌ，２００３，２５４：４１５－４２３．［４１］ＣｏｎｇｅｒＲＭ．Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｈｅｒｂｉｃｉｄｅｂｅｎｔａｚｏｎ［Ｊ］．Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ，１９９７，７（２）：１９－３７．［４２］ＧｒｅｔｅＲａｓｍｕｓｓｅｎ，ＲｏｌｆＡＯｌｓｅｎ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｃｒｅｏｓｏｔｅ－ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｉｎｖｅｇｅｔａｔｅｄｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｂｉｏ－ｂａｒｒｉｅｒｓｉｎｃｏｌｄｃｌｉｍａｔｅｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ，Ａｉｒ，ａｎｄＳｏｉｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎ，２００３，３：６５－６７．（责任编辑：薛培荣）───────────────第一作者简介：薛晓菲，女，１９８１年３月生，现为太原理工大学环境科学与工程学院环境科学专业２００３级硕士研究生，山西省太原市迎泽西大街７９号，０３００２４．ＴｈｅＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅＲｅｓｔｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｔｈｅＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＸＵＥＸｉａｏ－ｆｅｉ，ＣＵＩＪｉａｎ－ｇｕｏＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｒｅｓｔｏｒｉｎｇｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｓｔｈｅｍａｉｎｍｅａｎｓｆｏｒｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｓｕｍｓｕｐｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｒｅｓｔｏｒｉｎｇｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｄｏｐｔｅｄｂｙＣｈｉｎａａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｕｎｔｒｉｅｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｓｏｆｔｈｅｒｅｓｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｐｈｙｓｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ；ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ由于供水管网中复杂的反应，合格的出厂水在输送到用户时会变得不合格。
影响管网末梢余氯的几个因素讨论及分析
· 200 ·区域治理前沿理论与策略影响管网末梢余氯的几个因素讨论及分析陆扬上海金山自来水有限公司，上海 201500摘要：供水管网末梢余氯是城市安全供水的重要指标之一，关系到管网末梢用户的用水安全问题。
作为现代制水工艺的一个重要环节，许多供水企业广泛使用次氯酸钠作为消毒剂。
2007年7月1日起实施的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中，明确规定了余氯在出厂水限值、出厂水余量、管网末梢水中余量。
市政自来水中必须保持一定量的余氯，以确保饮用水的微生物指标安全。
但是，当氯和有机酸反应，就会产生许多致癌的副产品，比如三氯甲烷等。
超过一定量的氯，本身也会对人体产生许多危害，且带有难闻的气味，俗称“漂白粉味”。
所以，研究在管网中余氯的含量变得尤为重要。
关键词：供水管网；余氯；管网末梢；气温近几年，为了达到杀害有害微生物的目的，确保供水安全，供水管网内必须保持一定量的余氯，但是自来水余氯浓度过高的话，主要危害有：（1）刺激性很强，对呼吸系统有伤害。
（2）易与水中有机物反应，生成三氯甲烷等致癌物。
（3）对皮肤细胞及细胞间质造成伤害，易引起皮肤干燥、皲裂、丘疹、粉刺、老化，或有手掌角化、指甲变薄等改变。
（4）作为生产原料的话，有可能起不良作用，如用其生产黄酒产品时，对发酵环节的酵母菌有杀菌作用，影响酒质[1]。
为了直供点地区的用户考虑，金山一水厂对出厂水余氯进行降低调整，降氯期间，对管网末梢余氯进行严密监控。
在长达一年多的余氯监控过程中，发现管网水末梢的余氯与气温、管网口径和管网冲洗频次有很大的相关性。
一、余氯与气温的相关性本次分析选取了同一年度不同季节的同一个管网末梢点，将其余氯数据分析可得，相同条件下，气温越高余氯消耗越大，余氯含量越小，具体数据如下表：天气温度对管网末梢余氯的影响非常大，供水水温对余氯消耗的影响如图1所示，可以看出，水温为4℃、12℃、25℃、37℃，余氯的衰减速率为0.09857mg/(L.h)、0.11859mg/(L.h)、0.17620mg/(L.h)、0.25712mg/(L.h)。
供水管网游离氯衰减变化规律及影响因素的试验
供水管网游离氯衰减变化规律及影响因素的试验
侯宝芹;任柏来;童佳佳;张秋勉;陈燕;林祎;宋丽利
【期刊名称】《净水技术》
【年(卷),期】2022(41)S01
【摘要】文中主要研究生活饮用水在管网输送中的游离氯衰减变化规律及其影响因素,对两个不同工艺的水厂出厂水输送至对应管网末梢点的水质情况进行分析。
结果表明:水温、初始游离氯基本稳定的情况下,游离氯随着输送距离增加而逐渐降低,即水龄较长,游离氯衰减较快,水龄在25 h时,总衰减速率约为81%,水龄约为49 h时,总衰减率约为94%;温差约为17.0℃时,对应的游离氯含量相差0.40 mg/L,水温达到约30.0℃、水龄约为24 h时,管网水游离氯含量基本保障在0.05 mg/L;游离氯和浑浊度在一定范围内具有一定的相关性,当管网水游离氯≤0.2 mg/L时,浑浊度和游离氯之间存在负相关性,浑浊度越低,游离氯相对较高,但当管网水游离氯>0.2 mg/L时,两者相关性较小,需通过菌落总数等微生物指标综合反应消毒效果。
【总页数】5页(P67-70)
【作者】侯宝芹;任柏来;童佳佳;张秋勉;陈燕;林祎;宋丽利
【作者单位】杭州萧山供水有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU991
【相关文献】
1.供水管网中余氯衰减变化的主要影响因素分析
2.石灰活性衰减规律影响因素的试验性初探
3.氯胺在管网中水相衰减影响因素研究
4.供水管网余氯衰减模型及其影响因素分析
5.不同原水与出厂水水质对供水管网中余氯衰减变化规律的影响
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供水管网中余氯衰减机理及模型研究
供水管网中余氯衰减机理及模型研究【摘要】国内外相关学者对余氯衰减机理及衰减模型进行了大量的研究，发现余氯消耗主要发生在主体水以及管壁表面。
余氯在主体水中主要和水中的有机、无机物反应：水中的无机物主要与余氯发生化学和电化学反应，水中有机物与余氯发生的反应比较复杂，主要和水中NOM的组分有关。
管壁表面余氯主要与存在的细菌膜和腐蚀瘤进行反应，其反应机理比较复杂，其影响因素较多。
此外，余氯在主体水中的主要衰减模型有经验模型、一级动力学衰减模型、二级组合动力学衰减模型、n级模型（19时，OCl-接近100%。
生产实践表明[4]：pH 值越低，相同条件下，消毒效果越好，虽然低pH值有利于提高氯的杀生效果，但却加快了冷却水系统金属的腐蚀速度。
为此，选择用氯作杀生剂时pH值控制在6.5～7.5为宜。
氯在管壁上与细菌膜反应所消耗余氯的化学反应，可用下式表示[15]：HOCl + Enzyme=[Enzyme…HOCl]→产物（17）余氯的消耗速率可以表示为：■=-k·[HOCl]·（Enzyme）（18）由于管网中能扩散到管壁上余氯浓度很小，所以可以合理的认为[Enzyme]远大于[OCl]，即可把[Enzyme]作为常数。
定义Kw为余氯在管壁上的衰减速率常数，Kw=K[Enzyme]，则式（18）是一个准一级反应。
2 余氯衰减模型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。
2.1 主体水余氯衰减模型主体水余氯衰减模型主要包括经验模型、一级动力学衰减模型、二级组合动力学衰减模型、n级模型（1<n<2）、一级平行模型、一级限制模型等，总结所有模型如表1所示：表1 主体水中主要余氯衰减模型汇总由于余氯衰减模型的参数都随着初始氯浓度或二次加氯量变化，导致模型的预测结果不稳定，因此，有研究者采用经验法来建立氯衰减模型：Dugan等[16]提出一种饱和度模型，在改模型中，氯的筛检速率取决于总有机碳（TOC）和初始氯浓度之比；Koechling等[17]认为氯的衰减与水中紫外线吸收（UV A）和溶解性有机碳（DOC）有关Hallam等[18]建立了一个经验关系式，包括二次加氯次数、TOC、初始氯浓度、温度这4个参数与主体水氯衰减系数k；钟丹[19]等提出一种实用可靠的氯衰减半经验数学模型，即速率系数可变模型，该模型以动力学速率方程为主，在任意初始氯浓度和二次加氯条件下，均可使用同一组模型参数计算余氯浓度。
供水管网中余氯衰减变化的主要影响因素分析
负极 ： Ｆ ｅ 一 ２ ｅ ＝ Ｆ ｅ 腐 蚀 电池 反 应 公 式 为 ： ６ Ｈ Ｃ Ｉ Ｏ ＋ ５ Ｆ ｅ ＝ ３ Ｆ ｅ Ｃ １ ， ＋ Ｆ ｅ （ ０ Ｈ ） ，
当ｐ Ｈ值较高时 ， 对抑制管壁腐蚀具有较好 的效果 ； ｐ Ｈ值在 ６ ． ５ ７ ． ５之 间时，对降低管材受到腐蚀的概率和提升氯 的消毒效
引 言
社 会 的不 断进 步 和 人 们 生 活 水 平 的 不 断 提 衰减 变化 的影响因素
生活用水 的质量 要求 随之 增高 ， 人们 开始认识 到“ 直饮水 ” 对生 ２ ． １ 管 内流 速 活 的 重 要 性 。 自来 水 在 从 水 厂 输 出后 ， 要 经 过 供 水 管 网输 送 到 各 水在管 内的流速 大小直接影响着水 中余氯在管 网中停 留的 个用 户家 中， 由于供水管 网存在一 定的特殊性 ， 且在输送水 时可 时 间 长 短 ， 从 而 对 余 氯 的 消 耗 量 产 生 一 定 的 影 响 。通 过 对 相 关数 能会发生复杂 的反应 ，容易导致 自来 水输送到用户家 中时水质 据 的观测研 究可 以发现 ，供水管 网中水 的流速与余氯浓度 呈正 受到影响 ， 不符合饮用水质量要求 。根据相关数据 显示 ， 我 国通 比关系 ， 水 的流速越 大 ， 水在管 网中停 留的时间就越 短 ， 管 内余 过供 水管网输送 的水 比其 出厂 时降低 了 ０ ． ８ ８ ％， 经 过供 水管 网输 氯 的浓 度就越 高， 反之 ， 管 内水 的流速小 ， 管 内水 的停 留时 间就 送 的水的细菌 总数 与浊度 都 比出厂水 显著要多 。采用 氯消毒是 越长 ， 其余氯的浓度就越低 。尤其 是在管 网末端 的死水 区， 水的
行 和管理提供 必要 的指导 ， 同时也便于对供 水管 网中余 氯衰减 的规律和水质 变化的规律加 以研 究。 关键词 ： 供水管网 ； 余氯衰减 ； 影 响因素； 水质变化 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ９ ９ １ ． ２ １ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — １ ６ ７ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ — ０ １ ３ ９ — ０ ２
城市给水管网的水质变化规律研究
城市给水管网的水质变化规律研究赵志领1, 赵洪宾1, 何文杰2, 阴沛军2, 韩宏大2, 韩得志1(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;2.天津自来水集团有限公司,天津300040) 摘 要: 给水安全输配是保障饮用水水质的重要环节,对管网水质变化规律进行研究可为改善管网水质、建立水质模型提供基础数据。
以天津市的给水管网为研究对象,沿水流路径开启消火栓放水进行测试,考察了余氯、浊度、T OC 和三卤甲烷等主要水质参数在管网中的变化规律。
结果表明,管道属性对水质有较大影响,并呈现出明显的规律性;为防止水质恶化,应定期排放管网末梢的死水。
关键词: 给水管网; 水质变化规律; 余氯; 管道属性 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA601140)中图分类号:T U991.2 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2006)19-0044-03Study on Var i a ti on of W a ter Qua lity i n W a ter D istr i buti on SystemZhi 2ling 1, ZHAO Hong 2bin 1, HE W en 2jie 2, YI N Pei 2jun 2, HAN Hong 2da 2, HAN De 2zhi1(1.School of M unicipal and Environm ental Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China;2.Tian jin W ater w orks Group Co .L td .,Tianjin 300040,China ) Abstract: W ater quality of the water distributi on syste m is vital f or maintaining safe drinking wa 2ter .A research on the variati on of water quality in water distributi on syste m can i m p r ove drinking water quality,and p r ovide data f or building water quality model .The water quality of the Tianjin water distri 2buti on syste m was investigated by opening hydrants al ong the water fl ow path .I m portant water quality pa 2ra meters including residual chorine,turbidity,T OC and T H M s are analyzed .The results show that the p i peline attribute has a significant effect on the water quality with obvi ous regularity .T o p revent deteri o 2rati on of water quality,re maining stagnant water in the p i peline syste m should be discharged peri odically . Key words: water distributi on syste m; variati on of water quality; residual chl orine; p i peline attribute 笔者针对天津市的给水管网,采用沿水流路径取样测试的方法研究了主要水质参数的变化规律,为改善管网水质和建立水质模型提供基础数据。
余氯衰减单参数变反应速率模型研究
余氯衰减单参数变反应速率模型研究余氯衰减是饮用水消毒过程中常见的现象，对于消毒效果的评估及水质监测具有重要意义。
本文针对余氯衰减过程，提出一种基于单参数变反应速率模型的研究方法，并进行实验验证。
一、余氯衰减过程的概述余氯是一种广泛应用于饮用水、污水处理、游泳池等领域的消毒剂。
在饮用水消毒过程中，余氯的剂量、接触时间和水质因素等影响其杀灭微生物的效果。
余氯也会与水中的有机物发生反应，导致其浓度逐渐下降，这个过程被称为余氯衰减。
余氯衰减过程具有一定的规律性，常用的模型包括一级动力学模型、二级动力学模型、单参数变反应速率模型等。
单参数变反应速率模型可以较好地描述余氯衰减的过程特点。
单参数变反应速率模型假设余氯的衰减速率仅与余氯浓度相关，而与其他因素如水质和气温等无关，其数学表达式如下：Ct = Ce^(−kt)Ct为任意时间t的余氯浓度，Ce为衰减过程中的平衡浓度，k为衰减常数，t为时间。
该模型具有简单、易于理解和计算的特点，但其假设条件较为苛刻，适用范围有限。
三、实验设计及结果分析本实验利用实验室自制的余氯衰减装置，通过添加氯化钠模拟有机物的影响，考察余氯在不同初始浓度和不同磁力搅拌速度下的衰减过程，并利用单参数变反应速率模型对其进行分析。
实验结果表明，余氯的衰减过程符合单参数变反应速率模型，衰减常数k和平衡浓度Ce与初始浓度和搅拌速度有关。
当初始浓度较高或搅拌速度较大时，余氯的衰减速度较快，衰减常数k值较大，平衡浓度Ce值较低。
添加氯化钠后，余氯衰减速度明显加快，说明有机物对余氯衰减过程有明显的影响。
四、结论及展望本文基于单参数变反应速率模型，研究余氯衰减规律，得出相应的数学表达式，为余氯的消毒效果评估和水质监测提供了理论依据。
本文提出的方法还可以为其他环境过程的研究提供参考，并可以结合实际情况进行优化和改进。
余氯衰减的研究不仅对水质监测和消毒效果的评估有意义，还能为工业废水、城市排水等领域的水处理提供方案。
华北某再生水管网余氯衰减分析及影响因素研究
华北某再生水管网余氯衰减分析及影响因素研究张盛楠;田一梅;刘骋【摘要】The research on residual chlorine decay tendency and change rules of a reclaimed water pipe network of a city located in North China were carried out. Using EPANET software to simulate the hydraulic power and water quality of residual chlorine decay in the reclaimed water pipe network of the said district, the distribution situation of residual chlorine was gotten, and the accuracy of the model simulation was verified through detecting the water samples taken from actual pipe network. Many quality indicators of water samples taken from actual pipe network were detected, and the effect of all those indicators on residual chlorine decay were analyzed. The residual chlorine decays faster in summer, water temperature and turbidity of pipeline were important influencing factors of residual chlorine decay. The pH value of pipe network changes little and has lit-tle effect on residual chlorine decay. The relationship between TOC and residual chlorine decay was complex;the residual chlorine decay rate had a positive correlation with pipe network flow rate and the effect of tube wall on residual chloride decay could not be ignored.%针对华北某市再生水管网余氯衰减趋势及变化规律展开研究.采用EPANET软件对该区域再生水管网余氯衰减进行了水力水质模拟,得到了该管网的余氯分布情况,并通过实际管网取样检测验证了模型模拟的精确度.对实际管网多个水质指标进行取样检测,分析了各指标对余氯衰减的影响.余氯在夏季衰减更剧烈,水温、管道浊度是余氯衰减的重要影响因素,管网pH值变化不大,其对余氯衰减的影响不大,TOC与余氯衰减的关系较复杂,余氯衰减速度和管网流速呈现正相关关系,且管壁对余氯衰减的作用不可忽视.【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2017(048)003【总页数】5页(P10-14)【关键词】再生水管网;余氯衰减;EPANET;影响因素【作者】张盛楠;田一梅;刘骋【作者单位】天津大学环境科学与工程学院, 天津 300072;天津大学仁爱学院, 天津 301636;天津大学环境科学与工程学院, 天津 300072;天津大学环境科学与工程学院, 天津 300072【正文语种】中文【中图分类】XTU991.2再生水回收利用为解决我国水资源危机提供了一个适时有效的途径，已在一些大城市普及使用。
MD镇供水管网余氯衰减模拟
由于水 中有 大 量 致病 微 生 物 ， 在 生 活 饮 用 水 处 理中， 消毒是 必不 可少 的。水 的消 毒方 法有 很 多 ， 包 括 氯及 氯化 物消 毒 、 臭氧 消毒 、 紫外 线 消毒及 某 些重
金属 离 子 消毒等 。其 中氯 消毒 具 有 经 济 有 效 、 使 用
以及其 他模 型 ¨ Ｊ 。
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｂ ｙ ＥＰ ＡＮＥＴ２ ｉ ｎ ＭＤ Ｔｏ ｗｎ． Ｔｈｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎｇ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ＥＰＡＮＥＴ ２ ａ ｎ ｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ．Ｔｈ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｐｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｉ ｓ ｓ ｕｅ ｓ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ，ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｄ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄｅ ｍａ ｎ ｄ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｃ ａ ｙ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｐ ｉ ｐ ｅ ｗａ ｌ ｌ Ｋｗ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｇ ｕｌ ａ ｔ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｎｅ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｉ ｎ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｂ ｙ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｎ ｅ ｄ ｅ ｃ ａ ｙ； ｎ ｏ ｄ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ； ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｐ ｉ ｐｅ ｗａ ｌ ｌ ； ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｄ ａ ｔ ａ
不同供水水质管网余氯衰减规律分析
不同供水水质管网余氯衰减规律分析邵茁，李鑫，邵蓊，佟晓宇（沈阳水务集团有限公司，辽宁沈阳110003）摘要：开展了不同水源、不同水质的供水管网的余氯检测工作，分析了管网余氯的衰减规律。
结果表明，沿供水干线水流方向的余氯值整体呈下降趋势，但在局部管段有所升高；供水干线在冬夏两季的余氯衰减规律基本相同，混合水供水干线的余氯衰减速率最快，其次是地下水供水干线，余氯衰减速率最慢的是地表水供水干线。
关键词：管网；余氯检测；余氯衰减规律中图分类号：TU991．21文献标志码：A文章编号：1673－9353（2013）02－0019－03 doi：10．3969/j．issn．1673－9353．2013．02．006Analysis of residual chlorine attenuation regularityfor different water supply quality networkShao Zhuo，Li Xin，Shao Weng，Tong Xiaoyu（Shenyang Water Affairs Group Limited，Shenyang110003，China）Abstract：The detection of residual chlorine for different water sources，water supply network with various water qualities was conducted，and the attenuation regularity of water supply network was analyzed．The results indicated that the values of residual chlorine had the tendency of decreaced along with the direction of main pipe flow，but with some increasing in partial pipeline sections．The attenuation regularity of residual chlorine of water main pipe was almost the same in winter and summer，the rate of attenuation was the lowest in surface water main pipes，the next was in groundwater main pipes，the highest was in main pipes with mixed water sources．Key words：network；test of residual chlorine；attenuation regular of residual chlorine1概述沈阳市供水管网规模较大，属于大型复杂的多水源统一供水管网系统。
供水管网中余氯衰减机理及模型研究
供水管网中余氯衰减机理及模型研究作者：张迷迷来源：《山东工业技术》2013年第10期【摘要】国内外相关学者对余氯衰减机理及衰减模型进行了大量的研究，发现余氯消耗主要发生在主体水以及管壁表面。
余氯在主体水中主要和水中的有机、无机物反应：水中的无机物主要与余氯发生化学和电化学反应，水中有机物与余氯发生的反应比较复杂，主要和水中NOM的组分有关。
管壁表面余氯主要与存在的细菌膜和腐蚀瘤进行反应，其反应机理比较复杂，其影响因素较多。
此外，余氯在主体水中的主要衰减模型有经验模型、一级动力学衰减模型、二级组合动力学衰减模型、n级模型（1【关键词】主体水；管壁；余氯衰减机理；余氯衰减模型Research on Residual Chlorine Decay Mechanisms and Models in Water Supply SystemZHANG Mi-mi（Hongliu Coal Mine of Shenhua Ningxia Coal Industry Group， Lingwu Ningxia， 751400）【Abstract】Many researches on residual chlorine decay mechanisms and models at home and abroad have been carried out. It was found that consumption of chlorine mainly occurred in bulk water and on the pipeline surface. Chlorine mainly reacted with inorganics and organics in bulk water. When met inorganics， it usually took place with chemical or electrochemical reactions， and its reactions with organics were complex for them related to the NOM compounds. On the pipeline surface，residual chlorine mainly reacted with bacterial membrane and corrosion scale， the mechanism was complicated with many influencing factors. Typical chlorine decay models in bulk water are empiric model， first-order chlorine decay model， combined second-order chlorine decay model， n-order chlorine decay model， first-order parallel model， first-order restricted model and so on. Zero-order kinetics model and first-order kinetics model were the main decay model of residual chlorine on pipeline surface.【Key words】Bulk water；Tube wall；Residual chlorine decay mechanisms；Residual chlorine decay models0 前言余氯消毒作为常规水处理工艺的最后一道安全保障工序，对于保证饮用水安全具有重要的意义，在众多种类的消毒剂中，氯是国内外使用最广泛的一种。
配水管网中二氧化氯和氯联合消毒余氯衰减规律的研究
配水管网中二氧化氯和氯联合消毒余氯衰减规律的研究王俊良
【期刊名称】《工程质量》
【年(卷),期】2010(028)004
【摘要】研究配水管网中二氧化氯和氯联合消毒余氯的衰减规律,分析铸铁管、钢管和PVc管中不同消毒剂投加量下二氧化氯和氯联合消毒的衰减规律.研究结果表明,不同管材中二氧化氯和氯联合消毒衰减速率不同,联合消毒衰减速率低于单独采用二氧化氯的衰减速率.
【总页数】3页(P68-70)
【作者】王俊良
【作者单位】大连市投资审核中心,辽宁,大连,116021
【正文语种】中文
【中图分类】TU502+.5
【相关文献】
1.稳定性二氧化氯消毒后的饮用水中余氯快速检测方法的研究 [J], 陈文祥;郑松
2.二氧化氯与氯联合消毒剑水蚤死体溶出物生成消毒副产物的影响研究 [J], 倪艳芳;宋弼尧;孙兴滨;张晶;何润堃
3.水厂二氧化氯和氯联合消毒的余氯控制 [J], 乔铁军;尤作亮;曹大勇
4.水厂二氧化氯及游离余氯的衰减规律及投加控制研究 [J], 刘欣
5.二氧化氯消毒饮用水的"余氯"控制实践 [J], 黄晓平;钟笑颜
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余氯浓度(mg/L）
1.16 1.10 1.06 1.03 0.98 0.92 0.80 0.72 0.56
余氯浓度(mg/L）
1.14 1.08 1.04 0.98 0.90 0.84 0.71 0.58 0.43
三、管网余氯影响因素
水力条件：流速（雷诺数） 水质条件：初始氯浓度、pH值
三、管网余氯影响因素
铸铁管（PVC管） 直径150mm（100mm） 长75m
实验装置图
3.1 流速对管网余氯的影响
不同流速下管网水余氯浓度
时间(h) V=0.10m/s V=0.30m/s V=0.60m/s
余氯浓度(mg/L）
0.15
0.54
0.40
3.3 pH值对管网余氯的影响
不同pH下管网水余氯衰减变化曲线 （初始氯浓度C0=1.20mg/L，流速0.3m/s，DN150铸铁管）
3.3 pH值对管网余氯的影响
衰减系数kw与pH的关系可以表示为：
不同pH下管网水余氯衰减动力学拟合结果
初始pH值 平均pH值 衰减系数k(h-1) 相关系数R2 k-kb(h-1)
0
1 2 4 6 8 12 16 24
0.63
0.58 0.56 0.42 0.33 0.30 0.25 0.12 0.11
1.56
1.42 1.31 1.05 0.83 0.65 0.40 0.25 0.15
3.2 初始氯浓度对管网余氯的影响
不同初始氯浓度下管网水余氯衰减变化曲线 （pH=7.50，流速0.3m/s，DN150铸铁管）
3.3 pH值对管网余氯的影响
不同pH下管网水余氯浓度
时间(h) 0 pH=6.50 余氯浓度(mg/L） 1.20 pH=7.50 余氯浓度(mg/L） 1.18
1
2 4
1.13
1.02 0.84
1.15
1.11 0.99
6
8 12
0.71
0.59 0.39
0.90
0.82 0.69
16
24
0.22
3.2 初始氯浓度对管网余氯的影响
管壁余氯衰减系数kw与初始氯浓度Co之间的关系：
不同初始氯浓度下管网水余氯衰减动力学拟合结 果
初始氯浓度C0(m/L） 0.63 1.56 2.58 衰减系数k(h-1) 0.0644 0.0988 0.1038 相关系数R2 0.9734 0.9832 0.9937 k-kb(h-1) 0.0594 0.0938 0.0988
0.30
0.60 1.00
43200
86400 144000
0.0303
0.0397 0.0539
0.9983
0.9983 0.9967
0.0253
0.0347 0.0489
3.2 初始氯浓度对管网余氯的影响
不同初始氯浓度下管网水余氯浓度
时间(h) C0=0.63 mg/L 余氯浓度(mg/L） C0=1.56 mg/L 余氯浓度(mg/L）
6.50 7.70 8.40
7.00 8.00 8.35
0.0889 0.0461 0.0427
0.9874 0.9988 0.9979
0.0839 0.0411 0.0377
四、管壁余氯衰减系数预测模型
当考虑水力条件(雷诺数Re)、初始氯浓度Co和pH
值三个反应条件对余氯衰减影响时，管壁余氯衰 减系数预测模型可表示为：
给水管网余氯衰减规律实验研究
一、研究背景 二、氯消毒机理 三、管网余氯影响因素
四、管壁余氯衰减系数预测模型
一、研究背景
氯：消毒，杀菌
为了保证管网水质，GB5749-2006规定： 出厂水总余氯在接触120分钟：≥0.5mg／L 在管网末稍：≥0.05mg／L
在一定条件下（水力、水质条件）预测管网余氯具有重要意义
带 入
Ct C0 e
kt
3.1 流速对管网余氯的影响
不同流速下管网水余氯衰减变化曲线 （pH=7.70，初始氯浓度C0=1.15mg/L，铸铁管DNl50）
3.1 流速对管网余氯的影响
流速（雷诺系数）与管壁衰减系数的关系：
不同流速下管网水余氯衰减动力学拟合结果
流速(m/s） 0.10 雷诺数Re 14400 衰减系数k(h1) 0.0233 相关系数 R2 0.9962 k-kb(h-1) 0.0183
二、氯消毒机理
氯与水发生歧化反应： Cl2+H2O HOCl+HCl
次氯酸电离：
HOCl
H++可以用一级动力学模型描述，可以表示为：
dC kC dt
积分，可得：
研究对象
Ct C0 e
kt
C0：初始氯浓度，mg／L； C：t时候氯的浓度，mg／L： K：总衰减系数