水处理工艺中的数学模型应用

图 8 M/S 端爆管分析结果 地图显示
图 9 抢修任务详情
论文 ]. 郑州 ： 解放军信息工程大学测绘学院，2011.2~6 [3] 邓海英，赵洪宾，解 斌 . 供水管网事故时阀门关闭方案的确定 . 中 国给水排水，2000，16（6） ： 42~44 [4] 戴雄奇， 朱戈文， 边靖 . 城市供水管网 GIS 系统的建设管理与维护 . 中 国给水排水，2011，27（10） ： 21~24 [5] 陈听学，刘海军 . 供水管网巡检的创新与实践 . 给水排水，2011， 37（1） ： 106~107 [6] 郑苏娟，徐筱麟，丁莲珍 . 基于图论的城市供水管网抢修决策信息 系统 . 河海大学学报，2001，29（5） ： 92~95
由于流量和沉淀池长度不变，所以 ：
z1 = k1 ∂f (v, m, l ) v + R1 ∂ (v ) ∂f (v, m, l ) z2 = k2 v + R2 ∂ ( m) ∂f (v, m, l ) z3 = k 3 v + R3 ∂ (l ) ∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) z = [k1 v + R1 + k 2 v + R2 + k3 v + R3 ] / 3 ∂ (v ) ∂ ( m) ∂ (l )
从流程图分析，影响水质的因素有四个 ： 滤前浊 度除浊率 Z ； 进厂水的流量 V ； 投加净水剂的量 m ； 沉淀池的长度 L。浊度是水质的重要指标之一，因此 提出滤前浊度除浊率、进厂水的流量、投加净水剂的 量、沉淀池的长度 L 的函数关系式。 设函数为 z = f ( m, v, l ) ，可以根据偏导几何意 义和线性函数的关系，滤前除浊率函数可以设为 ：
式 -1 由于条件和生产的变动少，根据试验条件，净水 剂采用的是 PAC（聚合氯化铝）固体，投加范围在 0~1mg/L，进厂水流量在 14583~16666t/hAND TOWN WATER SUPPLY
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将表 1 的序号 2 数据代入式 -1 ：
在理论上，可以采取不同区间的函数来逼近真实 函数，所以在不同的投加量区间有不同的函数组成。 由于原水是低浊水，常年在 3 到 10 度之间，从生产 的经验来看，把滤前浊度控制在 3 度以下，这样就会 大大减轻滤池的负荷，从而将函数变换成沉淀后浊度 ZC 函数，这样更有指导生产意义。
∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) Z = [ k1 v + k2 m + k3 l + R3 ] / 3 ∂ (v ) ∂ ( m) ∂ (l )
根据净水剂投加量和滤前除浊率的变化 [2]，假设 方程为 ：
k ∂f (v, m, l ) m + R = km a + c ∂ ( m)
Z 1 = 0.015; Z 3 = 0.015 ∂f (v, m, l ) Z2 = K2 m + R2 ∂ ( m) Z 2 = k 2 m a + c2 z = [ k1 ∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) v + R1 + k 2 v + R2 + k 3 v + R3 ] / 3 ∂ (v ) ∂ ( m) ∂ (l )
参考文献
[1] 李继 . 管网抢修技术与组织实施 . 中国新技术新产品，2009，21:53 [2] 苏银太 . 城市地下管网应急抢修辅助决策系统的设计与实现 :[ 学位
作者通联 ： 0510-86415615
（上接第 48 页） 从表 2 数据 6.7 来分析，当流量在 16666t/h 时， 进厂水的浊度比滤池前浊度低，说明流速对沉淀池的 影响大，水流把没有沉淀的 PAC 矾花带到了沉淀池 的尾部，从而使浊度比进厂水高，所以除浊率为负， 沉降池在水处理中没有发挥作用。在这样的情况下， 应调整净水剂的投加量，从数据 3.4.5 来看，沉淀池 可以发挥除浊作用。 4. 结论及建议 由 函 数 Z = [ k ∂ (v ) v + k ∂ ( m) m + k 算出 35 万吨和 40 万吨的函数模型 ：
z = [0.015 + k 2 m a + c 2 + 0.015] / 3 1 0.015 = 0.01 + 0 + c 2 3 c 2 = 0.015
3.2.2 流量 40 万吨时的采集数据及模型 由于 4 月份后城市用水量大，水厂流量调整到 40 万吨，采集部分数据，见表 2。 根据这个期间的工艺调整，推算 40 万吨时除浊 率和投加量的关系。
参考文献
[1] 张方南，张民选，白世桓，李声庆，等编《高等数学》 （第一版） ， 贵州人民出版社，1996 年 8 月 [2] 孙丽欣，主编《水处理工程应用实验》 （第一版） ，哈尔滨工业大 学出版社，2002 年 6 月
z = 0.289m1.71 + 0.015
( Z c : 沉淀后浊度，Z y：进厂水浊度；Z：滤前除浊率)
0.261m 0.185 + 0.02 z = 0.033m1.437 + 0.02 − 0.066m −1.19 + 0.02 (5 ≤ m ≤ 20, v = 16666, l = 105) (1.77 ≤ m < 5, v = 16666, l = 105) (0 ≤ m < 1.77, v = 16666, l = 105)
度为 105m。 3. 实验仪器和方法 3.1 试验仪器 浊度仪 ： 美国哈希公司型号 2100P。 3.2 数据采集及模型推导 本文采集的数据是设计能力 40 万吨的水厂，平 时水厂的水流量的调整固定在 35 万吨和 40 万吨。所 以，本文在流量上采用 35 万吨和 40 万吨数据，这样 可更好了解实际生产中的情况。 3.2.1 流量 35 万吨时的数据采集及模型 当流量在 35 万吨时（2013 年 5 月某日）的数据， 见表 1。日进厂水的平均浊度为 2.4NTU，当流量和沉 淀池长度固定后，可以通过调整投加量得到生产数据 ( 工艺进行调试时采集数据 )。
函数的值接近生产值，所以这种推算和假设是可 行的。 当函数的值域范围大于 1 时， 要对函数进行修正， 采用分段函数来表示，这样更加接近生产值，分段越 多函数模型越接近生产值， 更加具有指导生产的意义。
∂f (v, m, l )
∂f (v, m, l )
3
∂f (v, m, l ) l + R3 ] / 3 推 ∂ (l )
1 2
(0.98 − 0.261m 0.185 ) Z y Z c = (0.98 − 0.033m1.437 ) Z y (0.98 − 0.066m −1.19 ) Z y
( 5 < m ≤ 20, v = 16666, l = 105 ) (1.77 ≤ m ≤ 5, v = 16666, l = 105) (0 ≤ m < 1.77, v = 16666, l = 105)
z c = z y (0.985 − 0.289m1.71 ) (0 ≤ m ≤ 1.0, v = 14583, l = 105)
Z c = (1 − Z ) Z y
lg k 2 − 0.096a = −0.688 k 2 = 0.289 a = 1.71
48 城镇供水 NO.6 2014
将表 1 中的序号 3 数据代入式 -1 ：
（下转第 52 页）
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要素进行查询。 M/S 端管网分析模块提供爆管分析、水量分析功 能，爆管分析结果地图显示界面图 8 如所示。在移动 端设计爆管分析功能，使得现场作业人员能够根据现 场情况随时进行爆管分析，并获取需要关闭的阀门以 及受影响的管段、用户，提高系统应用的灵活性和实 用性。 M/S 端的抢修任务模块实现与 B/S 端抢修业务数 据的互通互联，可以获取并查看抢修工单，对工单进 行确认并实时反馈抢修情况， 其功能界面如图 9 所示。 5. 结论 本研究设计并实现了基于 B/S 与 M/S 混合架构的 供水管网智能化抢修系统，能够为管网的日常抢修和 维护管理提供操作平台。该系统部署方便、 操作简单、 应用灵活，具备管网地图操作、管网分析、抢修管理、 统计分析等一系列功能，可以实现 B/S 系统与 M/S 系 统的信息同步与共享。 该系统适合自来水公司管理人员和抢修作业人员 使用，能够提高抢修作业的效率和科学性，改变传统 的粗放式的、经验式的管理模式和作业方法，实现基 于移动 GIS 的供水管网抢修管理方式和作业流程，建 立起更为规范化、精细化、科学化的管理体系。
5 2014 年 5 月 9.57 16666 9.46
6 2014 年 5 月 3.90 16666 -5.2
7 2014 年 5 月 3.72 16666 -7.9
0
20
5
1.77
0.93
0.71
由于进厂流量和沉淀池长度不变，滤前除浊率的 值等于将表 1 中的序号 1 数据带入公式 -1 中，得到 ：
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水处理工艺中的数学模型应用
卢 志
（贵阳北控水务有限责任公司（国家城市供水水质监测网贵阳监测站），贵州贵阳 550008）
摘要：本文在净水厂处理水量达到设计负荷条件下，以进厂水的浊度去除率和净水剂投加量为主要变量 建立数学模型，并以某水厂为例进行模型验证，从而在生产中更快地根据水源浊度变换调整净水剂的投加量； 同时对超负荷条件下，模型使用的局限性也进行了探讨。 关键词：数学模型 浊度去除率 流量 净水剂投加量
所以 ：
z = [ k1 ∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) ∂f (v, m, l ) v + R3 ] / 3 v + R1 + k 2 v + R2 + k 3 ∂ (v ) ∂ ( m) ∂ (l ) z = [2 z + k 2 m a + c 2 ] / 3 z = 0.289m1.71 + 0.015 z c = z y (0.985 − 0.289m1.71 ) (0 ≤ m ≤ 1.0, v = 14853, l = 105) Z y：进厂水浊度；Z：滤前除浊率) ( Z c : 沉淀后浊度， 式-2
DOI:10.14143/ki.czgs.2014.06.016
1. 概述 在城市自来水生产过程中，水源水质是时刻变化 的，这对控制投加净水剂的量带来了一定的难度，本 文在水厂设计负荷下，针对水源水质时刻变化（以浊 度为主要控制参数）和净水投加量建立数学模型，供 同行参考。 2. 水厂处理工艺及数学理论概要
表 1 流量 35 万吨时水厂实测数据
数据序号 投加时间 水流量 (T/h) 滤前除浊率 (%) 净水剂投加量 (mg/L) 1 9:30 14583 1.5 0 2 11:30 14583 7.9 0.41 3 13:30 14583 22 0.8 4 15:30 14583 31 1.0
图 1 水厂工艺流程图
表 2 流量 40 万吨时水厂实测数据
数据序号 检测时间 进厂浊度（NTU） 水流量 (t/h) 滤前除浊度率 (%) 制水剂 投加量 (mg/L)
1 2014 年 5 月 4.5 16666 0．02
3 2014 年 5 月 6.49 16666 45.9
4 2014 年 5 月 11.2 16666 35.4
Z c = (1 − Z ) Z y ( Z c : 沉淀后浊度，Z y：进厂水浊度；Z：滤前除浊率) ( 5 < m ≤ 20, v = 16666, l = 105 ) (1.77 ≤ m ≤ 5, v = 16666, l = 105) (0 ≤ m < 1.77, v = 16666, l = 105) (0.98 − 0.261m 0.185 ) Z y Z c = (0.98 − 0.033m1.437 ) Z y (0.98 − 0.066m −1.19 ) Z y