二次加氯模型優化研究的展望

摘 要：我國目前飲用水微生物污染較為嚴重，為了控制微生物目前我國多數水廠主要采用氯消毒處理。由于城市規模的增大，城市的供水管網越發復雜，為達到要求，水廠往往通過加大出廠水中氯的投加量來滿足規定中對于管網末端余氯濃度的要求。余氯的濃度過高造成消毒副產物（DBPs）大量增加，二次加氯被認為是目前解決此問題的最有效措施。本文對二次加氯相關研究進行了綜述。

關鍵詞：微生物污染；二次加氯；消毒副產物；余氯

2011年4月22日黑龍江省依蘭縣地下供水管線的污染事件導致7個供水點大腸桿菌超標，15%的供水區域受到不同程度的污染，涉及居民達2675戶。為控制微生物指標，目前我國多數水廠主要采用傳統的消毒方式進行消毒，即在出廠水中投加含氯消毒劑進行氯消毒處理。我國飲用水規范對余氯含量有明確規定（供水管網末端余氯>=0.05mg/l），但隨著我國經濟的快速發展，城市規模不斷擴張，城市的供水管網越發復雜，為達到要求，水廠往往通過加大出廠水中氯的投加量來滿足規定中對于管網末端余氯濃度的要求。余氯的濃度過高容易造成人的嗅覺不適，而消毒副產物（DBPs）的生成量又與氯的投放量呈正相關，過多的DBPs易于危害人體健康。因此，既要保證供水管網中余氯濃度，又要有效控制余氯氣味及DBPs生成量，二次加氯被認為是目前解決此矛盾最為有效的措施之一。目前國內外主要利用模型來對二次加氯進行模擬計算。

Tryby等對二次加氯進行了分析，將二次加氯問題分為加氯點優化選址和余氯優化投加問題，釆用余氯-I/O模型進行計算，探討了余氯投加量隨加氯點數量的變化關系[1]。Prasad TD等建立了以余氯投加量最小和獲得合格余氯質量濃度的用水量比率最大的多目標模型，采用余氯-I/0模型進行了計算[2]。Carrico等釆用基于余氯消粍的三鹵甲院（THM）生成模型模擬了 THM在管網中的生成過程，并且探討了二次加氯對余氯衰減和THM生成的影響[3]。Elshorbagy等釆用經驗公式模擬了 THM在管網中的生成。遲海燕采用0-1規劃對加氯點選址進行了優化，加氯點選址完成后以耗氯量最小進行了優化。

魯寧波同樣對二次加氯一級和二級優化模型進行了研究和計算，其中二級優化模型的目標是優化余氯投加量。鄧濤建立了供水管網節點動態比例信息庫，得到水質監控點的優化選址，并且釆用多目標優化模型對余氯穩定性優化問題進行了計算。李莉在總結國內外研究的基礎上，同樣探討了基于水質安全的二次加氯二級動態模型，不同的是其一級優化模型是以滿足管網余氯覆蓋條件為前提，即引入了加氯點覆蓋的概念，其二級優化問題同樣是在余氯穩定性優化問題上進行的研究，提出了“普通余氯投加量優化模型”和“用水量權重優化模型” ，改進了余氯穩定性優化模型。馬力輝等比較了基于余氯-I/O模型的一次優化模型和二次優化模型，認為一次優化模型以減少余氯總投加量為目標，而二次優化模型以改善管網水質分布、減少投加量為目標，故二次優化模型優于一次優化模型。

劉淵等釆用有效作用原理建立了加氯點有效作用矩陣，對加氯點優化選址問題進行了研究。張念卿采用基于余氯消耗的THM生成模型在二次加氯條件下對THM生成和余氯衰減進行了模擬，并且對THM質量濃度進行了優化。黃雅芳以保障微生物安全、盡量降低管網各個節點的余氯質量濃度使各點濃度均勻為優化目標，建立了二次加氯優化模型。

童補恭研究了管網的二次污染、管網水質的數學模擬及安全保障技術和管網水質模擬軟件。馬立輝建立了供水管網余氯優化控制決策支持系統，對余氯優化控制決策數學模型進行了研究，提出了以水質監測點的監測數據為控制對象，將二次加氯問題整合在了一個以加氯點為輸入、以水質監測點為輸出的決策系統中。王丹寧等依靠灰色聚類理論來確定管網水質的歸類并以此方法來評價給水管網各個監測點的水質情況，其還嘗試了應用模糊數學模型對給水管網水質進行評價。

城市供水管網系統的運行是動態變化的，管道壓力、流速及節點的用水量在各個時段都會發生變化，若僅依靠人為經驗對出廠水加氯，很難保證供水管網中余氯含量保持在一個合理范圍內，因此，采用優化的二次加氯體系勢在必行。

參考文獻：

[1] Tryby M E， Boccelli D L， Uber J G， et al. Facility location model for booster disinfection of water supply networks[J]. Journal of Water Resources Planning and Management， 2002， 128（5）： 322-333.

[2] Elshorbagy W E， Abu-Qdais H， Elsheamy M K. Simulation of THM species in water distribution systems[J]. Water Research， 2000， 34（13）： 3431-3439.

[3] 遲海燕. 城市供水管網氯的優化配置[M]. 天津： 天津大學出版社， 2004.