城市小区二次供水水质评价体系研究（可编辑） .doc

硕士学位论文城 市 小 区 二 次 供 水 水 质 评 价 体 系 研 究r r e e s s e e a a r r c c h h o o n n s s y y s s t t e e m m o o f f w w a a t t e e r r q q u u a a l l i i t t y yr r e e s s e e a a r r c c h h o o n n s s y y s s t t e e m m o o f f w w a a t t e e r r q q u u a a l l i i t t y ya s s e s s m e n t o f s e c o n d a r y w a t e r s u p p l ya a a s s s s s s e e e s s s s s s m m m e e e n n n t t t o o o f f f s s s e e e c c c o o o n n n d d d a a a r r r y y y w w w a a a t t t e e e r r r s s s u u u p p p p p p l l l y y yi i n n u u r r b b a a n n d d i i s s t t i i c c t ti i n n u u r r b b a a n n d d i i s s t t i i c c t t孙继龙哈 哈 哈 哈尔 尔 尔 尔滨 滨 滨 滨工 工 工 工业 业 业 业大 大 大 大学 学 学 学2 2 0 0 1 1 2 2 7 72 2 0 0 1 1 2 2年 7 7月国内图书分类号:tu991.3 学校代码:10213国际图书分类号:628.1 密级:公开工学硕士学位论文城 市 小 区 二 次 供 水 水 质 评 价 体 系 研 究硕 士 研 究 生:孙继龙导 师:袁一星教授申 请 学 位:工学硕士学 科:市政工程所 在 单 位:市政环境工程学院答 辩 日 期:2012 年 7 月授 予 学 位 单 位:哈尔滨工业大学classified index: tu991.3u.d.c: 628.1dissertation for the master degree in engineeringr r r r e e e e s s s s e e e e a a a a r r r r c c c c h h h h o o o o n n n n s s s s y y y y s s s s t t t t e e e e m m m m o o o o f f f f w w w w a a a a t t t t e e e e r r r r q q q q u u u u a a a a l l l l i i i i t t t t y y y ya a s s s s e e s s s s m m e e n n t t o o f f s s e e c c o o n n d d a a r r y y w w a a t t e e r r s s u u p p p p l l y ya a s s s s e e s s s s m m e e n n t t o o f f s s e e c c o o n n d d a a r r y y w w a a t t e e r r s s u u p p p p l l y yi i i i n n n n u u u u r r r r b b b b a a a a n n n n d d d d i i i i s s s s t t t t i i i i c c c c t t t tc c a a n n d d i i d d a a t t e e : :c c a a n n d d i i d d a a t t e e : : sun jilongs s u u p p e e r r v v i i s s o o r r : :s s u u p p e e r r v v i i s s o o r r : : prof.yuan yixinga a c c a a d d e e m m i i c c d d e e g g r r e e e e a a p p p p l l i i e e d d f f o o r r : :a a c c a a d d e e m m i i c c d d e e g g r r e e e e a a p p p p l l i i e e d d f f o o r r : : master of engineeringmunicipal engineerings s p p e e c c i i a a l l i i t t y y : :s s p p e e c c i i a a l l i i t t y y : :school of muni. & env. eng.a a f f f f i i l l i i a a t t i i o o n n : :a a f f f f i i l l i i a a t t i i o o n n : :july, 2012d d a a t t e e o o f f d d e e f f e e n n c c e e : :d d a a t t e e o o f f d d e e f f e e n n c c e e : :d d e e g g r r e e e e - - c c o o n n f f e e r r r r i i n n g g - - i i n n s s t t i i t t u u t t i i o o n n : :d d e e g g r r e e e e - - c c o o n n f f e e r r r r i i n n g g - - i i n n s s t t i i t t u u t t i i o o n n : : harbin institute of technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘 要伴随着城市的发展,给水管网的改扩建工作变得日益复杂同时,二次供水的水质问题也日益突出。二次供水的水质污染已经影响到人们的健康,所以现在研究二次供水的水质问题已经迫在眉睫。城市生活饮用水指标也由 35 项目提高到 106 项目,这标志我们国家对饮用水水质要求提高,而且从 2012 年 7 月 1 号开始,不仅仅要求出厂水要达到国家的标准,而且在居民用户水质也达到国家标准,所以针对二次供水的污染情况应该引起重视。本文针对城市小区的水质状况进行了详细的调研,调研管段服役年限、管径和居民的用水情况等。调查详细资料以便于我们开展监测点的布置和采样计划的确定。在水质监测过程中我们主要选取了 7 个水质指标:ph、温度、浊度、总铁、余氯、toc 和 bdoc。重点分析了 7 个指标随季节性变化规律,讨论了 7个指标波动的原因,利用这些水质指标建立相关的水质生物模型。建立了水质指标的相关性分析模型:用 spss 软件进行统计分析,分析相关指标的相关性系数,得出两种水质指标的内在相关性。重点分析 bdoc 和浊度呈现正相关性、bdoc 和总铁呈现正相关性、bdoc 和自由余氯呈现负相关性,建立有机污染内在相关性。建立了 bdoc 预测模型,采用多元线性回归模型和 bp 神经网络预测模型。采用三层神经网络结构,25 个神经元的网络结构进行预测。建立模型之后进行误差分析,比较两种方法预测结果的精度,bp 神经网络的准确度是 93.42%,线性回归的准确度是 82.93%。这样能够比较预测方法优劣,便于我们选择预测精度高的预测模型进行指导实践。以微软 c#语言和 sqlserver 2008 数据库为平台,应用模糊评价模型对监测水质进行评价,开发出了水质评价的预警系统,能够在水质监测过程中实时反馈调节,便于我们对水质的状况进行跟踪调查,同时我们建立数据库对水质进行全面的分析。解决二次供水污染问题在我们现实生活中具有重要意义,本研究能够针对饮用水二次供水污染问题提出相关的对策。关 键 词:二次供水;bp 神经网络;多元线性回归;预警方法i哈尔滨工业大学工学硕士学位论文abstractwith the development of the city, the expansion of water supply networksbecomes increasingly complex, at the same time, the water quality problems ofsecondary water supply have become increasingly prominent. the pollution of waterquality in secondary water supply has affected peoples health, so the study of waterquality problems of secondary water supply is extremely urgent.the standards of uban drinking water increase from 35 to 106 items, whichrepresents the improvement of the requirement of national drinking water quality.and from july 1, 2012, not only drinking water is required to meet the nationalstandards, water quality of residential customers is also asked to reach the nationalstandards, so we should pay much attention to the secondary water pollution.this paper is carried out aiming at the water quality situation in urban areas,including the research on service life of pipes, pipe diameter and the water situationof residents. the detailed information we collected is to the advantage of the layoutof monitoring points and determination on sampling plan. in the process of waterquality monitoring, we selected seven water quality indicators: ph, temperature,turbidity, total iron, chlorine, toc and bdoc. we mainly focus on the analysis ofthe law of seven indicators with seasonal variation, and discuss the fluctuations ofseven indicators. finally, based on these water quality indicators, we establishrelative biological models.after establishing the correlation analysis model of water quality indicators,using spss software to analyze the correlation coefficient of the relevant indicators,we are able to draw the inner relationship of the two water quality indicators. wemainly focus on the analysis of positive correlation between bdoc and turbidity,positive correlation between bdoc and total iron, negative correlation betweenbdoc and free chlorine, and establish the correlation of organic pollution.we establish bdoc prediction model, using multiple linear regression modeland bp neural network prediction model. using three-layered neural networkstructure and 25 neurons in the network structure, we perform the prediction. afterestablishing modeling, through error analysis we compare the accuracy of the resultsusing two methods. and the accuracy of the bp neural network is 93.42%. theaccuracy of the linear regression is 82.93%. in this way we are able to compare thepros and cons of methods so as to choose a model which is of higher predictionaccuracy to guide practice.using microsoft c # language and sqlserver 2008 as the platform, we developii哈尔滨工业大学工学硕士学位论文a warning system of the water evaluation applying fuzzy evaluation model toevaluate the monitoring of water quality. thus we can carry out real-time feedbackregulation in the process of water quality monitoring, which is good for us to trackthe situation of water quality. meanwhile, we establish a database to conduct acomprehensive analysis of water quality.it is of great significance to solve the problem of the pollution of secondarywater supply in our real life. this text is proposed to put forward relevantcountermeasures in terms of drinking water pollution in secondary water supply.k k e e y y w w o o r r d d s s : :k k e e y y w w o o r r d d s s : : secondary water supply, bp neural network, multivariate linearregression, warning methodsiii哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目 录摘 要. iabstract. ii第 1 章 绪 论11.1 概述 11.2 水源污染问题.11.3 国内外二次供水管网水质现状31.4 影响给水管网生物生长的因素.51.4.1 环境条件影响.51.4.2 水体营养物质的影响 51.4.3 余氯的影响.51.4.4 腐蚀影响 61.4.5 沉积物的影响.61.5 水质模型研究.61.5.1 余氯衰减水质模型. 61.5.2 消毒副产物模型61.6 课题来源 71.7 本文主要研究内容. 81.8 论文研究步骤.8第 2 章 实 验 条 件 及 常 规 水 质 分 析.92.1 试验区域的选择92.1.1 试验小区选择92.1.2 监测点管段基本信息 102.1.3 水样监测点位置的选择原则.102.2 试验中选择的监测指标 112.3 水样的采集与保存112.3.1 采样计划. 112.3.2 采样容器选择.112.3.3 采样方法.122.3.4 水样保存.122.3.5 分析试剂清单.122.3.6 水质分析方法.132.3.7 水质评价标准.13iv哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.4 管网水质指标监测数据. 132.4.1 监测点温度变化规律. 142.4.2 监测点 ph 变化规律142.4.3 监测点浊度变化规律. 162.4.4 监测点余氯变化规律. 182.4.5 监测点铁变化规律202.4.6 监测点 toc 变化规律212.4.7 监测点 bdoc 变化规律.232.5 小结. 24第 3 章 小 区 二 次 供 水 水 质 指 标 相 关 性 分 析 253.1 统计分析的意义.253.1.1 统计分析概述.253.1.2 统计分析在环境工程领域应用253.1.3. 25统计软件的发展3.2 相关性分析模型基本原理253.3 相关性分析的计算步骤. 273.4 相关性分析模型应用283.5 水质指标的相关性分析. 333.5.1 bdoc 和浊度相关性分析.333.5.2 bdoc 和管网水中铁浓度相关性分析343.5.3 bdoc 和管网水中余氯相关性分析 353.6 小结. 36第 4 章 小 区 生 物 稳 定 性 预 测 模 型 研 究374.1 引言 374.1.1 预测模型的必要性. 374.1.2 数学模型的选取要求 374.1.3 预测模型的选取384.2 多元线性回归模型预测分析.394.2.1 多元线性回归参数估计.394.2.2 多元线性回归模型的假设检验414.3 bdoc 多元线性回归预测模型建立. 424.4 bdoc 多元线性回归预测模型校正. 424.5 bp 神经网络预测模型的基本理论.434.5.1 基本 bp 算法基本理论. 43v哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4.5.2 基本 bp 算法训练流程. 454.6 bp 神经网络预测模型对样本测试.484.7 bp 神经网络预测模型的校正504.8 小结 50第 5 章 小 区 水 质 评 价 预 警 系 统 开 发.515.1 系统开发意义515.2 预警机制515.3 系统开发需要的条件515.4 水质模糊评价模型建立. 545.5 设计方案555.6 界面开发555.7 数据库系统建立.565.8 水质评价结果输出 575.957小结第 6 章 改 善 小 区 二 次 供 水 水 质 措 施.586.1.58二次供水管网系统设施改造6.1.1 管道改造.586.1.2 屋顶水箱改造.586.2 供水方式的改造.596.2.1 改造为变频泵供水596.2.2 改造为气压供水 606.2.3 改造水箱和水泵联合供水传统方式 606.3 水箱和水池的结构布局合理.616.4 增加二次消毒措施616.5 预警技术616.6 管理上控制对策.636.7 小结 63结 论64参 考 文 献 66学 位 论 文 原 创 性 声 明.70致 谢71vi哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章 绪 论1.1 概 述水是人类生存必需物质之一,和我们的生活和生产都存在密切关系。21 世纪伴随着工业化发展和生活水平的大幅度提高,水质也严重恶化,但是人类对水质的要求也日益提高,所以对生活饮用水的安全保障是环境工程专业研究的重要课题之一,对于保障人们的日常生活和生产安全具有重要意义。2006 年 12 月 29 日最新颁布的生活饮用水水质卫生规范,对我们工业生产和日常生活中的水质标准进行了明确规定,虽然给水处理厂的出水都符合了国家规定的卫生标准,但是饮用水在大中城市经过很长的管道才能到达用户,很多情况下水厂至用户给水管线长度可达几十千米。管网末梢的用户很多情况下水力停留时间在几十小时以上,这样饮用水在管道中和管道中物质发生了反1,2应 。2006 年以前生活饮用水水质规范中规定:只要能够保障给水管网末梢余氯的浓度不低于 0.05mg/l,用户的饮用水就是安全的。在那个时期江河湖泊的水质没有受到严重的污染,很少存在有机物污染事件,饮用水基本都是安全的。然而由于现在大中城市的生活饮用水管道很多是上个世纪修建的,而且现在污染日益严重,所以生活饮用水的二次污染也很严重。主要原因是水源的水即使经过常规工艺处理,但是还是可能存在微量有机污染物,这一系列的有机物在给水管网输水过程中不可避免的发生物理化学等变化,最终的结果是导致水质3恶化,在管道中形成了水质的二次污染 。另一方面由于水中的有机物的存在和细菌大量的滋生,使得管网中的余氯浓度也迅速衰减,以至于很多管网末梢的余氯基本是零状态,所以解决二次供水水质污染的问题对我们生活和生产具4有重要的意义 。1.2 水 源 污 染 问 题近五十年来由于我们国家的工业化水平大幅度提高,人民的生活水平也相应的显著提高,但是我们的健康状况并不容乐观,因为水是我们的生命之源,我们经济发展的同时,水污染也日益的严重,导致我们国家 3 亿多农村人民和5000万城市居民用户的生活饮用水达不到国家规定的标准,所以在近年来我们国家频频发生的人为水污染事件也是其中的一个原因。- 1 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文下面是几个污染事件的例子:事件一:2005 年 11 月 13 号,吉林市中国石化公司的化工厂发生严重的爆炸事故,最终导致 100 吨苯类物质泄漏,并且流入松花江,导致松花江的江水受到了严重的污染,对松花江沿岸的居民生活和生产造成了严重的影响,同时人们承受巨大的心里压力,哈尔滨的饮用水水源是松花江水。这次的水污染事件迫使哈尔滨全市停水 4 天,对市政管网进行监测,对饮用水采用紧急的处理5方案 。,广西柳州的重金属污染事件 柳江的上游发生龙江河水重金属镉污染事件,对下游的江水造成了严重污染,我们都知道重金属在生物体内的重金属富集效应影响整个生物链,尤其营养级较高的生物体内富集含量更高,同时由于当地的工厂长期以来一直排放工业废渣和废气,也导致空气和噪声的严重污染,对学校的同学和老师都造成极其不利的影响,导致上课期间不能开窗户,由于粉6尘高,当地人都形成了“金嗓子”,对青少年的健康形成了威胁 。工业化水平提高同时,现在突发性的污染事件也日益增多,主要是由于我们对生态环境造成了不可逆的破坏例如乱砍乱伐破坏了原始森林,破坏了我们生态园林。突发事件的主要特点是:在短时间内对周围影响巨大,情况严重可能导致停水和停电的情况发生,同时对污染事件的处置的难度也很大等特征。图 1-1 2010 年七大水系水质类别比例由图 1-1 可以得到结论:全国的七大水系依然污染很严重,在国家环保总局总共监测的 204 条河流和 409 个地表水监测断面的结果显示: i、ii 和 iii 类水质、iv类和 v类水质和劣五类水质的断面比例分别是 59.9%, 23.7%和 16.4%,此次检测的主要指标:生化需氧量(bod)、和氨氮、高锰酸盐指数(pi)等相- 2 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文关的水污染指标。监测结果是珠江、长江水质情况较好,但是淮河和松花江污染较轻,然而辽河和黄河为中度污染,海河近年来一直是重度污染,应该引起7我们的关注 。水污染程度现在呈现上升的趋势,我国的内陆河流和水库都不同程度受到了污染。近些年来我国环保部的监测结果也显示,在 1995 年我国内陆河流和 7大水系中受污染的河段 110 多个,江河湖水水质在三类以下的占到接近 40%多,其中淮河、松花江和海河污染最为严重。而且在太湖、滇池等发生了严重的水体富营养化现象,主要的原因是氮磷含量大幅度的超标。工业化发展的同时,生产的化工材料也越来越多,有毒有害物质的泄漏事件也常常发生,我们都应该引起警告,相关的部门都应该采取相应的措施来防范,避免突发性污染事件的发生。1.3 国 内 外 二 次 供 水 管 网 水 质 现 状水质的现状是:二次供水是我们国家特有的供水现象,目前我们国家制定的水质标准都是主要针对出厂水达到国家的水质检测标准,而且大部分供水企业也只关心出厂水是否合格,一般情况下忽视了二次供水水质的问题。然而引用水从出厂到用户这段距离不可避免发生物理化学和生物等变化,引起了水质的二次污染,主要体现在一下方面:铁、铬、锰、色度、浊度、色度和细菌等8,9微生物指标超标 。水质污染是国内管网污染最严重的污染之一,主要由于我们国家的给水管网大部分都是上个世纪修建的,主要都是铸铁管金属材料,管道很容易在潮湿的环境下腐蚀,使铁细菌大量的滋生,从而导致水中的铁含量增加,同时在管道内部形成生长环,导致给水管道的输水能力下降,水流速度慢,最终也不能对管壁的附属物进行冲刷,同时生长环在管网内壁形成生物膜,导致管道结垢,供水压力增大的时候,生物膜等冲刷下来,水中的色度和浊度增加。给居民的10心里造成影响 。国外研究现状:国外已经进行了很多管网基础研究例如美国奔特力公司致力于管网建模软件研究,现在已经开发出很多给水管网软件来模拟管网状况,同时也在此基础之上提出了相应的解决措施。国内的研究水平和国外差距还是很大,但是我们的目标是一致的,最终要的是保证居民的饮用水安全。专家学者所有的研究都应该以此作为最主要的目标来研究。每个国家都制定相应的水质控制方案,同时也制订了生活饮用水的卫生标准来指导我们国家的饮用水的安全。二次供水的污染控制对我们的生活很重要,所以我们不能在输水的最后- 3 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文关节上使饮用水水质功亏一篑。饮用水出厂过程中,我们饮用水的输送和处理投资了大量的人力和物力,如果我们在二泵站到居民用户者这段管网没有控制好水质,导致水质出现了问题,那我们的前期投资都将在这一段的饮用水输送过程中浪费。不仅仅是如此,而且我们居民不能喝上放心水。所以现在很多国家对二次供水的水质问题也相当重视,为了避免上述情况的发生。国外的控制措施有以下几个方面:一方面试制定相应的法律和法规避免人为的污染情况出现,另一方面是研发先进的环保设备,在技术上解决饮用水水11质不合格,最终对居民进行饮用水安全教育 。教育是最能从根本上解决问题,一切污染来自于我们人类,那么消除污染也主要靠我们的自觉性意识。美国环保局在 90年代就由克林顿总统签订了饮用水安全的修正案,在 1997年到 2003 年 6 年期间,美国政府在饮用水处理上总共拨款 0.24 亿美元,主要解决小型用户供水水质安全问题,而且成立了专门的研究中心来专门研究和讨12论水质安全问题 。发达国家在输送过程中采取主要策略有以下几个方面:取消二次供水,尽可能采取一次供水使用户直接用上来自水厂的饮用水,这样就能够避免了饮用水在输送过程中引起的二次污染问题。采用终端消毒设备,这样能够根据用户的水质来调节饮用水的安全程度,具有可操作性强和影响广泛的特点,这样能够避免饮用水在运输过程中由于不确定性因素引起的水质问题。开发新型的二次供水设施,优化二次供水的系统,例如水箱和水泵联合13,14优化系统 。要对二次供水的污染机制进行深入的研究。现在很多法律和法规的制定都开始关注饮用水的安全问题,并且相应的法规做出了明确的规定。建设部也对15,16饮用水的安全做了规划和加强饮用水的安全管理 。从 2012年 7月 1日开始,我们国家开始执行新的饮用水卫生标准,标准的水质指标由原来的 35 项提高到了 106 项目,基本涵盖了常用的所有指标。保证我们国家的生活饮用水在用户都喝上放心水,这样我们全民族的身体素质才能提高。但是我们国家虽然对饮用水进行了大量的研究,但是和发达国家相比,我们的技术和研究方法还很落后,我们需要走的研究道路还很漫长,要想在二次供水的水质污染问题分析清楚,还需要我们的科研工作者继续努力,因为我们不可能像发达国家那样把饮用水管网都进行改造,这样的费用我们的国力现在承担不起,所以我们只能在原来的基础上来加强预警研究,能够快速监测水质出问题的管段,以便于我们能够及时来处理这些问题,最终能够减少给工业化生产带来不必要的损失。结论:引起管网水水质下降的主要原因有:1.余氯在管网末梢不足消毒效- 4 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文果差,细菌大量滋生,引起管道腐蚀,2.管道腐蚀导致水中铁含量增加,水的色度也增加,口感不佳。3.管网中水压力下降,抽吸一些有害物质。4.水箱管理17不善,冲洗不及时导致水箱中产生藻类和微生物。5.管道的涂衬被腐蚀 。1.4 影 响 给 水 管 网 生 物 生 长 的 因 素关于二次供水水质的安全问题,欧美等发达国家在此问题上进行了深入的研究,并且提出了一系列的有效解决方案,国外的饮用水相对安全,然而国内研究起步较晚,研究水平与国外相比还具有一定的差距。国内主要研究是天津大学赵新华老师做了一系列微生物水质模型的研究,国外主要围绕统计模型进行研究。供水管网中饮用水质质量评价一直是最受关注的问题之一,国内外主要集中以下几个方面来讨论:1.4.1 环 境 条 件 影 响温度是影响细菌在管道中活性的内在因素,温度的季节性变化也导致了管道中细菌活性变化呈现周期性。不仅仅是细菌活性和温度有关,很多其它的指标也和温度有关系,例如温度高也能够加快电化学腐蚀的速度,使饮用水管道18.19中铁的含量增加 。同时 ph 也是重要的因素,水温升高使细菌活动增强,也代谢酸性物质,因为 ph 能够直接影响管道的腐蚀情况,ph 在酸性时候,管道的腐蚀也更加严重,导致水中铁含量升高和色度也升高。同时 ph 也能够影响细菌等微生物的活性。1.4.2 水 体 营 养 物 质 的 影 响水中的有机物质是饮用水的主要污染物之一,有机物质是细菌的主要营养物质,有机物能够促进细菌的大量滋生,细菌等微生物以有机物质为营养物质,在管壁内部滋生形成生长环,使监测的 bdoc 值增大,生物不稳定性,所以20bdoc 是监测水质质量的主要指标之一 。1.4.3 余 氯 的 影 响饮用水中氯消毒的方法是各个国家目前普遍采用的消毒方法,尽管现在有资料研究表明:氯消毒和有机物反应生成致癌物质(三致物)。氯消毒主要作用机理是氯和饮用水反应生成次氯酸进入到细菌细胞中破坏细胞膜和细菌的酶系20统、蛋白质。主要是和 dna 生成二酮体使 dna 变性 。最终使细菌死亡,但- 5 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文是氯和有机物生成卤化物有严重的致癌作用,这个作用我们不能忽视。我们国家城市管网末梢很多余氯基本为零的管网,结果导致居民用水都不合格。我们用余氯消毒的同时,我们也应该重点监测消毒过程中产生的副产物。1.4.4 腐 蚀 影 响腐蚀是全世界的重大问题之一,在输配水管网中腐蚀也是很大问题之一,因为给水中的管网主要都是铸铁管,不可避免的发生腐蚀问题。伴随着细菌分20解有机物质的增多,产生酸性代谢产物,结果腐蚀管道 。另一方面是铁细菌的大量增长需要氧化铁释放能量,所以管道被腐蚀。同时亚铁离子在水中和消毒剂游离氯反应,消耗了水中的消毒剂,消毒效果也下降。1.4.5 沉 积 物 的 影 响输配水管网中由于腐蚀等原因管网中铁增加和管网中细菌的大量增长,在21管网中形成生长环 。一方面导致输水能力下降,另一方面导致水中浊度增加。这样大量消耗水中的氯,导致管网末梢的余氯不足,消毒能力下降。管网末梢的水龙头水变黄,而使居民的感官上不能接受。水中颗粒物在某种程度上能成为细菌等微生物和藻类吸附的载体。另一方面现在水厂中用的消毒剂普遍是金属离子盐类,从而影响消毒剂的发挥,一部分细菌没有杀死。1.5 水 质 模 型 研 究1.5.1 余 氯 衰 减 水 质 模 型22水质的余氯衰减模型 是研究比较多的模型之一,即消毒后的自由余氯在管网中的衰减规律的模型,一般情况下我们都假设余氯衰减模型符合一级反应动力学方程,主要由于该模型在实际中操作性强和实际符合程度好,所以此模型在管网建模中得到了较好的应用,同时氯衰减模型也是研究比较透彻的模型之一,但是存在的人为假设和机理还需要进一步研究。1.5.2 消 毒 副 产 物 模 型消毒副产物模型是近些年来一些专家学者开始关注消毒副产物发现水中的23 24余氯和水中的微量有机物生成消毒副产物 。karnser 等专家学者调查了 35个水厂的结果表明,三卤甲烷类thms的含量与总 dbps 之间存在一定的相关性,结论是 thms 浓度是卤乙酸浓度二倍。- 6 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文微生物的水质模型是近些年来一些专家学者开始关注,主要是微生物的测试耗时和耗力,在现场测试也不方便,所以是否能建立高精度的生物模型是很前沿和热点的课题。因为建立微生物预测模型能够克服传统的微生物测试缺点。25,26但是建立微生物模型也存在很多难点,主要表现为以下几个方面 :1微生物和外界作用的机理研究,关系不是很清楚;2微生物的生长具有种类繁多和变异等特点,不是很容易监测;3现在的微生物的技术方法差异,每种方法检测的数据差异性大;4生长条件不同,微生物的生长情况不同,所以很难定量分析;因此,专家学者研究主要集中在以上几个方面。早在八十年代就有专家学者研究生物模型,研究内容主要集中在饮用水中细菌总数、浊度、余氯和 ph等相关指标的关系,研究比较多的是 uv 和有机物指标的相关性,还有一部254分人研究集中在生长环的研究,研究管壁生物膜的生物量和其他指标的关系,这方面国内哈尔滨工业大学赵洪宾老师做了大量的研究。通过以上几方面的讨论结果显示,现在的主要研究都集中地单一的水质指标方面研究,不能综合评价水质的指标,这样不利于分析水质的主要性质。监测饮用水管网的水质状况,提高生活饮用水质的安全性是我们的首要问题,只有让居民喝上健康的饮用水是我们的责任。由于城市供水管网比较复杂而且相当庞大,建立少数的监测点来重点监测全面来评价水质的综合状况。现在是计算机发展的时代,我们利用先进的计算机技术,根据我们在现场监测的数据和在环保总局等监测不们得到的可靠数据。我们就可以根据实际情况来建立模型,模型中追踪水质的变化,根据模型的结果和分析来评价给水管网水质的变化情况,综合得出水质的综合评价。我们国家在管网模型的起步还比较晚,所以我们应该多向发达国家学习先进的技术,尤其是美国、荷兰和丹麦几个水处理技术先进的国家。同时我们多和美国奔特力软件公司合作,以便我们的研27究跟上时代的步伐 。1.6课 题 来 源国家自然科学基金青年科学基金项目:基于分子生物学的供水管网的耐氯菌的鉴别及其多样性研究基金号:51108123/e080403;课题主要针对我们国家二次供水问题开展,由于近年来我们国家二次供水水质污染严重,进行调研和现场实测分析,最终解决水质不达标的情况。同时我们国家 2012 年 7 月 1 日开始执行新的饮用水标准,此课题具有现实意义。- 7 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.7 本 文 主 要 研 究 内 容由于二次供水水质的影响因素极其复杂,所以本文重点研究如下方面:1分析二次供水水质污染的原因:查阅资料,查找影响二次供水水质的主要水质指标(物理、化学和生物指标),分析每种指标在具体情况下对水质的影响,重点对管网中的污染指标进行分析。2建立统计分析模型:用 spss 软件首先进行相关性分析,分析水质指标的相关性,这样监测时候可以减少一些指标监测,降低了工作量。3建立预测模型:对细菌的总数进行预测,主要采用回归模型,神经网络,比较二个模型的预测结果准确度,同时对模型进行反复校核,最终用于指导实践。4用 c#语言和 sql server 2008 数据库来开发了小区预警系统,这个系统主要要根据水质的监测信息及时评价水质状况,最终对水质问题故障点进行及时反馈。5提出控制二次供水系统水质的保障方案,使用户水质指标达标。1.8 论 文 研 究 步 骤资料调研确定研究区域 建立模型评价模型建立分析方法 预测模型实验室测试 模拟测试试验测试水质模型建立水质模型校核图 1-2 论文研究步骤- 8 -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 2 章 实 验 条 件 及 常 规 水 质 分 析2.1 试 验 区 域 的 选 择伴随城市的改扩建工作,管网的情况也更加的复杂,在研究过程中不可能把所有的管网都彻底研究,再得出相关的结论,所以实际