二次加氯相關(guān)研究的展望

劉慶峰 李科

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化程度和人民生活水平不斷提高，污水處理設(shè)備和相關(guān)檢測(cè)設(shè)備建設(shè)的相對(duì)滯后，致使國(guó)內(nèi)城市飲用水污染事件頻繁發(fā)生，并已對(duì)飲用水安全問(wèn)題構(gòu)成威脅。其中由其以微生物污染最為嚴(yán)重，為控制微生物指標(biāo)，目前我國(guó)多數(shù)水廠主要采用傳統(tǒng)的消毒方式進(jìn)行消毒，即在出廠水中投加含氯消毒劑進(jìn)行氯消毒處理。

關(guān)鍵詞：微生物污染；二次加氯；消毒；飲用水

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化程度在不斷提高，但污水處理設(shè)施和相關(guān)檢測(cè)設(shè)施建設(shè)的相對(duì)滯后，致使國(guó)內(nèi)城市飲用水污染事件頻繁發(fā)生，并已對(duì)飲用水安全問(wèn)題構(gòu)成威脅。為控制微生物指標(biāo)，目前我國(guó)多數(shù)水廠主要采用傳統(tǒng)的消毒方式進(jìn)行消毒，即在出廠水中投加含氯消毒劑進(jìn)行氯消毒處理。城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行是動(dòng)態(tài)變化的，管道壓力、流速及節(jié)點(diǎn)的用水量在各個(gè)時(shí)段都會(huì)發(fā)生變化，若僅依靠人為經(jīng)驗(yàn)對(duì)出廠水加氯，很難保證供水管網(wǎng)中余氯含量保持在一個(gè)合理范圍內(nèi)，因此，采用優(yōu)化的二次加氯體系勢(shì)在必行，以達(dá)到為城市居民提供優(yōu)質(zhì)的飲用水，保障城市居民的飲水安全和健康。

優(yōu)化城市供水管網(wǎng)中的加氯點(diǎn)是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，這主要是由于城市供水管網(wǎng)本身具有復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和內(nèi)部衛(wèi)生狀況，動(dòng)態(tài)變化的運(yùn)行工況致使合理化確定城市供水管網(wǎng)中加氯點(diǎn)的出水余氯濃度尤為困難。國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展主要集中在以下方面：

一、確定投氯濃度

早期研究多是通過(guò)反復(fù)的校正水質(zhì)模型來(lái)確定水廠的合理化加氯濃度。如，Islam等利用反問(wèn)題技術(shù)來(lái)確定水源點(diǎn)合適的投氯濃度，以保證供水管網(wǎng)中多數(shù)節(jié)點(diǎn)的余氯能夠在一個(gè)合理范圍內(nèi)[1]。AL-Omari和Chaudhry等人在Islam的基礎(chǔ)上，將余氯模擬計(jì)算推廣到非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。

二、二次加氯相關(guān)模型與方法

（一）利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等算法

早期研究集中在對(duì)于投氯量的優(yōu)化，二次加氯相關(guān)模型與方法最早始于二次加氯站的加氯優(yōu)化理論[2]。對(duì)于多個(gè)加氯站的加氯優(yōu)化問(wèn)題最早是由Boccelli等提出的，他首先假設(shè)供水管網(wǎng)中水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)某個(gè)時(shí)刻余氯濃度的值是所有加氯站該時(shí)段以前的出水余氯濃度的線性疊加，然后結(jié)合有限時(shí)間沖擊響應(yīng)的方法來(lái)優(yōu)化多水源多加氯站的氯投加量[3]，但該方法具有一定的局限性，只適用于余氯一階反應(yīng)模型。

Jeen-B等提出利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來(lái)預(yù)測(cè)并輔助控制供水管網(wǎng)中氯的投加和控制問(wèn)題，他認(rèn)為氯在管網(wǎng)中反應(yīng)比較復(fù)雜，很難準(zhǔn)確計(jì)算和模擬，所以可以利用一段時(shí)間內(nèi)的投氯量和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的余氯濃度值，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)判斷二者間關(guān)系，來(lái)確定下一階段的投氯計(jì)劃[4]，該方法需要有大量的訓(xùn)練樣本，才能保證得到投氯量和監(jiān)測(cè)點(diǎn)余氯的關(guān)系來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

Munavalli等提出用遺傳算法對(duì)供水管網(wǎng)系統(tǒng)二次投氯濃度進(jìn)行模擬計(jì)算，他提出，首先對(duì)各加氯點(diǎn)出水的余氯濃度進(jìn)行編碼，然后根據(jù)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到各個(gè)加氯點(diǎn)各個(gè)時(shí)段的出水余氯濃度，從而對(duì)供水管網(wǎng)中多個(gè)加氯點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化[5]。

（二）相關(guān)模型構(gòu)建與計(jì)算

Propato 提出余氯穩(wěn)定性優(yōu)化模型（線性最小二乘法），該模型要求滿足水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)余氯質(zhì)量濃度和設(shè)定余氯質(zhì)量濃度目標(biāo)值之間差值最小化的條件，釆用余氯-I/O模型對(duì)此模型進(jìn)行了計(jì)算，并且對(duì)余氯質(zhì)量濃度目標(biāo)值的選取進(jìn)行了探討[6]。Propato等在2004年的研究工作中釆用I/O模型探討了余氯穩(wěn)定性優(yōu)化模型的矩陣化計(jì)算方法，提出了響應(yīng)矩陣的概念[7]。Polycarpo在余氯-I/O模型的基礎(chǔ)上提出了余氯質(zhì)量濃度的反饋控制[8]，之后Zhong 等提出了余氯質(zhì)量濃度的自適應(yīng)反饋控制[9]。Vicente等考慮到余氯-I/O模型中水力條件和水質(zhì)條件的不確定性，對(duì)響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行了隨機(jī)性分析，將隨機(jī)性考慮到二次加氯點(diǎn)選址模型中[10]。

三、結(jié)論

雖然目前對(duì)二次加氯的研究已取得一些進(jìn)展，但得到的優(yōu)化模型在實(shí)際應(yīng)用還非常受限，這就需要我們的相關(guān)科研人員盡快研究出切實(shí)可行的措施，來(lái)滿足人民群眾的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] Islam M R， Chaudhry M H， Clark R M. Inverse modeling of chlorine concentration in pipe networks under dynamic condition[J]. Journal of environmental engineering， 1997， 123（10）： 1033-1040.

[2] Al-Omari A S， Chaudhry M H. Unsteady-state inverse chlorine modeling in pipe networks[J]. Journal of Hydraulic Engineering， 2001， 127（8）： 669-677.

[3] Boccelli D L， Tryby M E， Uber J G， et al. Optimal scheduling of booster disinfection in water distribution systems[J]. Journal of Water Resources Planning and Management， 1998， 124（2）： 99-111.

[4] Sérodes J B， Rodriguez M J， Ponton A. Chlorcast?： a methodology for developing decision-making tools for chlorine disinfection control[J]. Environmental Modelling & Software， 2001， 16（1）： 53-62.

（通訊作者：李科）