CN110204021B - 一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法 - Google Patents
一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110204021B CN110204021B CN201910490015.3A CN201910490015A CN110204021B CN 110204021 B CN110204021 B CN 110204021B CN 201910490015 A CN201910490015 A CN 201910490015A CN 110204021 B CN110204021 B CN 110204021B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- water supply
- residual chlorine
- chlorine
- supply tank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 521
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 335
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 335
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 335
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims abstract description 32
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims abstract description 32
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 22
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 13
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000000275 quality assurance Methods 0.000 claims description 7
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 abstract description 4
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 8
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 8
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 3
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 3
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/50—Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/04—Disinfection
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
- C02F2307/14—Treatment of water in water supply networks, e.g. to prevent bacterial growth
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法，分为小区内消毒和管网消毒；小区内消毒为在二供水箱处动态补氯，使得末端用户端龙头水余氯浓度稳定达标。管网消毒为根据末端用户端龙头水的余氯浓度计算出二供水箱进水口余氯浓度，即小区入口处的余氯浓度，并且实际监测二供水箱进水口余氯浓度，通过对比计算值与测量值，给出水厂或管网补氯站在满足二供水箱进水口处的余氯浓度稳定达标条件下的投氯量。本方法使用的设备包括：末端用户端龙头水余氯监测装置、二供水箱进水口余氯监测装置和流量监测装置、二供水箱出水口余氯监测装置和流量监测装置、二供水箱液位监测装置、加氯装置、智能控制器以及信号传输设备。
Description
技术领域
本文涉及二次供水小区内龙头水的水质保障，与供水管网水质保障技术，尤指一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法。
背景技术
饮用水与人们生活与身体健康密切相关。随着经济的高速发展，居民生活水平的不断提高，对饮用水水质的要求越来越高。城市安全饮用水供给必须确保饮用水从水源到用户的全部环节安全可靠，包括水源、水厂工艺、管网、二次供水等供水环节。加氯消毒是目前应用最广泛的饮用水消毒技术。《生活饮用水卫生规范》(GB5749-2006)规定：自来水出厂水余氯不得低于0.3mg/L，管网末梢水余氯不得低于0.05mg/L。《饮用净水水质标准》(CJ94-2005)规定：饮用净水管网末梢余氯不得低于0.01mg/L。一般情况下，饮用水在供水管网内停留时间相对较短，管网水质余氯值相对较大，能抑制细菌生长，管网对水质的影响相对有限。而当管网水进入二次供水，此时余氯值降低、在二次供水设施中停留时间长、二次供水设施缺乏有效的管理等问题，将导致水质恶化，甚至不达标。随着城市供水水源不断改善，给水工艺的不断改进，二次供水水质控制成为城市饮用水安全供给的关键。
二次供水水质污染的原因可以归纳为以下几点：①二次供水管网及水箱存在材质问题，长时间与水接触导致微生物滋生，金属材质腐蚀结垢，从而对水质造成污染。②居民作息时间不同，用水量变化也大，导致二次供水设备每天只有20％的时间达到高效运行，其余时间均不能达到额定负载。③二次供水管网中余氯衰减速率过快，造成细菌重新滋生，影响水质。④二次消毒不彻底造成的水质污染。⑤外力因素导致的二次污染。⑥二次供水企业运营管理不善造成水质污染。
在二次供水水质控制技术方面，国外不存在目前国内普遍存在的二次供水污染严重的问题。国内二次供水研究主要是对造成二次污染的原因分析，未见关于水质变化与原水水质、停留时间、用户用水量等相互关系的针对性研究。专利CN205296285U在二次加压供水设备出口端增设水质处理单元，使二供出水水质稳定达标，但是未考虑配水支管水力停留时间对末端用户水质的影响。专利CN103626271A实时监测二供水箱出水余氯浓度，当余氯检测变送器检测到的余氯值小于设定值时进行投氯，此处设定值的设定无科学依据，设定值很容易过大或过小，没有做到基于用户反馈的精准投加，导致用户端余氯浓度波动变化，该专利的投氯模式粗犷，实际应用效果差。
发明内容
鉴于上述问题，本发明目的是提供一种供水管网用户龙头水水质保障方法，包括小区内消毒方案和管网消毒方案，具体为，在小区内提出基于用户反馈的二供水箱动态补氯策略，投氯量精准科学，可以保障用户龙头水稳定达标；同时，本发明基于小区内氯衰减关系确定管网水质模型末端节点的最低浓度，提出厂-网-用户联动的优化投氯策略，可以保障水厂出口至小区入口间的管网水稳定达标，实现管网消毒方式的精细化管理。
本发明的技术方案如下：
一种供水管网用户龙头水水质保障方法包括：分区消毒，小区内消毒和管网消毒。其中，小区内消毒为在二供水箱处设置动态补氯，确保用户端余氯浓度稳定达标；管网消毒为进行厂-网-用户联动优化投氯，确保水厂出口至小区入口间的管网水稳定达标。
所述小区内消毒为：在二供水箱处动态补氯，使得末端用户端龙头水中的余氯浓度C5稳定在0.05mg/L以上；
所述管网消毒为：根据末端用户端龙头水的余氯浓度计算出二供水箱进水口余氯浓度，即小区入口处的余氯浓度，并且实际监测二供水箱进水口余氯浓度，通过对比计算值与测量值，给出水厂或管网补氯站在满足二供水箱进水口处的余氯浓度稳定达标条件下的投氯量。
在本发明提供的基于用户反馈的龙头水水质保障方法中，所述小区内消毒包括如下步骤：
(1)测量t0时刻二供水箱出水口处余氯浓度C0，以及t时刻末端用户端龙头水余氯浓度Ct；
(2)测量二供水箱出水口处的水流至末端用户端的时间△t＝t-t0；
(3)将C0、Ct、△t分别带入公式(1)中，得到二供水箱出水口至末端用户端的配水管中余氯衰减系数k配水管；
C0＝Ct/e-kt； (1)
公式(1)中，C0，初始余氯浓度，单位为mg/L；
Ct，t时刻余氯浓度，单位为mg/L；
t，时间，单位为min；
k，余氯衰减系数，单位为min-1；
(4)在24小时内重复多次步骤(3)，取最大的余氯衰减系数k作为二供水箱出水口至末端用户端的配水管中余氯衰减系数k1；
(5)设定末端用户端的余氯浓度为0.05mg/L，选取步骤(4)得到的配水管中余氯衰减系数k1，带入公式(1)中，根据水从二供水箱出水口处流至末端用户端的时间，计算得到二供水箱出水口处余氯浓度C2，当二供水箱出水口余氯监测装置测得的余氯浓度C2测量小于所述计算值C2计算时，启动加氯装置，向二供水箱中加氯，使得二供水箱出水口余氯检测装置测得的余氯浓度，不小于C2计算。
在本发明提供的基于用户反馈的龙头水水质保障方法中，所述管网消毒包括以下步骤：
(a)测量t时刻二供水箱入水口处余氯浓度C1测量和流量Q1；测量t时刻二供水箱液位并根据二供水箱液位计算二供水箱有效容积V；
(b)取t时刻二供水箱内水做余氯衰减试验，以确定二供水箱内水体的余氯衰减系数k2，计算得到一天内多个时刻的余氯衰减系数；取最大值记为k2；
(c)将配水管中余氯衰减系数k1和二供水箱内余氯衰减系数k2以及监测得到的Q1和V带入公式(2)中，即可得到实时的二供水箱入水口处余氯浓度C1与末端用户端龙头水的余氯浓度C5的关系式；当C5取0.05mg/L时，即可得到二供水箱入水口处余氯浓度C1计算；
若二供水箱入水口处的余氯浓度C1测量小于C1计算，则对水厂或管网补氯站的投氯量进行优化；优化目标为总投加量最小，节点余氯浓度时空分布均匀；
e-k2t(VC5+C1Q1t e-k1t)＝(V+Q1t)C5 (2)
公式(2)中，k1为二供水箱出水口至末端用户端的配水管中余氯衰减系数，单位为min-1；
k2为二供水箱内余氯衰减系数，单位为min-1；
C1为二供水箱进水口处的余氯浓度，单位为mg/L；
Q1为二供水箱进水口处流量，单位为L/min；
C5为末端用户端龙头水的余氯浓度，单位为mg/L；
t为时间，单位为min；
V为二供水箱有效容积，单位为L。
在本发明提供的基于用户反馈的龙头水水质保障方法中，步骤(b)中，在24小时内多次测量步骤(a)中提及的参数，可选地，在夜间用水低谷期时测量步骤(a)中提及的参数；
在本发明提供的基于用户反馈的龙头水水质保障方法中，步骤(c)中，所述对水厂或管网补氯站的投氯量进行优化具体为：
使用NSGA-II算法框架对所述对水厂或管网补氯站的投氯量进行优化，具体为：
将二供水箱入水口处的余氯浓度C1计算作为管网水质模型的末端节点的最低浓度限制，即优化问题的约束为所有时刻所有节点的余氯浓度不低于该节点的最低浓度限制。设计优化问题的两个目标函数，分别是：管网总投氯量最小和管网余氯时空分布均匀。
在本发明提供的基于用户反馈的龙头水水质保障方法中，可选地，通过二供水箱出水口流量监测装置测量二供水箱出水口流量，以绘制二供小区用水量曲线，根据用水量曲线分时段调控水厂、管网补氯点和二供水箱的投氯量。
另一方面，在本发明提供的基于用户反馈的龙头水水质保障方法中提及的设备包括：末端用户端龙头水余氯监测装置、二供水箱进水口余氯监测装置、二供水箱出水口流量监测装置、二供水箱出水口余氯监测装置、二供水箱进水口流量监测装置、二供水箱液位监测装置、加氯装置、智能控制器以及信号传输设备。
在本发明提及的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备中，所述末端用户端龙头水余氯监测装置为第三余氯监测变送器；所述二供水箱进水口余氯监测装置为第一余氯监测变送器；所述二供水箱出水口余氯监测装置选自第二余氯监测变送器；所述二供水水箱进水口和出水口流量监测装置为电磁流量计；所述二供水箱液位监测装置为液位传感器；所述加氯装置包含次氯酸钠发生器和投药泵；所述信号传输设备为有线信号传输设备以及无线信号传输设备；所述智能控制器为计算机或PLC控制器中的一种或多种。
在本发明提及的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备中，可选地，在二供水箱出水口至末端用户端之间，还有一个以上的余氯监测装置，所述余氯监测装置记为第N余氯监测变送器。
在本发明提及的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备中，所述末端用户端龙头水余氯监测装置与末端用户端相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱进水口余氯监测装置与二供水箱进水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱进水口流量监测装置与二供水箱进水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱出水口流量监测装置与二供水箱出水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱出水口余氯监测装置与二供水箱出水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱液位监测装置与智能控制器通过信号传输装置相连；
所述加氯装置中的次氯酸钠发生器与二供水箱通过投药泵相连通，所述投药泵通过信号传输装置与智能控制器相连。
在本发明提及的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备中，可选地，所述二供水箱进水口余氯监测装置还可以与水厂或管网补氯站的信息采集设备通过信号传输装置相连。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：
1、供水管网常用消毒方案为在水厂、增压站和二供水箱处分别消毒，此方法的缺点是未实现厂-网-用户联动消毒，消毒剂投加过量，管网余氯浓度普遍偏高，存在末梢用户余氯浓度不达标现象。本发明采用分区消毒方案，提出的二供水箱动态补氯策略，可以保障小区内用户龙头水稳定达标；同时，提出的厂-网-用户联动的优化投氯策略，可以保障水厂出口至小区入口间的管网水稳定达标，管网的消毒剂投加量最小，且余氯时空分布均匀，实现管网消毒方式的精细化管理。
2、目前常用的二供水箱补氯策略为静态投加，即二供水箱出水氯浓度恒定，由于用户用水习惯的影响，导致配水管中水体在一天不同时间段内的水力停留时间也不同，因此用户端余氯浓度波动变化，存在不达标情况。本发明以用户端余氯浓度稳定达标为前提，基于配水管中氯衰减关系反推出二供水箱的出水浓度，从而提出基于用户反馈的二供水箱动态补氯策略。
3、管网投氯量优化是基于管网水质模型的多目标优化问题。为了简化建模过程，管网建模时常以小区入口为末梢节点，因此，投氯量优化计算不是保障用户龙头水氯浓度达标。本发明基于小区内氯衰减关系确定管网水质模型末端节点的最低浓度，可以在管网投氯量优化计算中考虑小区内氯衰减，确保用户龙头水氯浓度达标，实现了厂-网-用户联动的投氯量优化。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1本发明分区消毒方案示意图；其中a为二供水箱，b为二供水箱下游配水管；M1为二供水箱进水口处检测仪器；M2为二供水箱出水口处检测仪器。
图2二供水箱出水处余氯浓度监测曲线；
图3用户端用水量曲线；
图4用户端余氯浓度监测曲线；其中虚线为国家标准规定用户端余氯浓度；
图5余氯衰减曲线；
图6采用小区消毒方案后用户端余氯浓度监测曲线；其中虚线为国家标准规定用户端余氯浓度；
图7水厂投氯量优化过程；其中，1——目前投氯策略；2——模型搜索投氯策略；3——最优投氯策略。
具体实施方式
为更好地理解和实施本发明，下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细阐述。
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
在本发明的实施例中，所述二供水箱为密闭容器，在密闭容器上开设有一个进水口，一个出水口，用于安装监测装置的开孔，用于与加氯装置的投药泵相连通的开孔，以及检修孔。
在本发明的实施例中，所述末端用户端为小区内最远端用户的水管。
在本发明的实施例中，所述基于用户反馈的龙头水水质保障的设备连接关系如下：
所述末端用户端龙头水余氯监测装置与末端用户端相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱进水口余氯监测装置与二供水箱进水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；所述二供水箱进水口与供水管网市政管网相连；用于测量进水口处余氯含量；
所述二供水箱进水口流量监测装置与二供水箱进水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；用于检测进水口处流量；
所述二供水箱出水口流量监测装置与二供水箱出水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；用于检测出水口处流量；绘制用水量曲线；
所述二供水箱出水口余氯监测装置与二供水箱出水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱液位监测装置与智能控制器通过信号传输装置相连；智能控制器通过液位监测装置得到的数据能够计算出二供水箱的实时蓄水容积；
所述加氯装置中的次氯酸钠发生器与二供水箱通过投药泵相连通，所述投药泵通过信号传输装置与智能控制器相连；投药泵根据智能控制器传来的信号进行投药操作；
可选地，所述二供水箱进水口余氯监测装置还可以与水厂或管网补氯站的信息采集设备通过信号传输装置相连。
在本发明实施例中，所述余氯监测装置为在线余氯监测器；
所述流量监测装置可以为在线电磁流量计、超声波流量计等；
所述智能控制器为计算机、PLC控制器等；智能控制器中涉及的软件可选组态软件、MIS管理信息系统等；
加氯装置包含次氯酸钠发生器和投药泵；
所述液位监测装置可以为液位传感器、浮球液位控制器等；
所述信号传输设备为有线信号传输设备以及无线信号传输设备；
实施例1(小区内消毒)
小区内消毒的具体步骤如下：
1、绘制二供用水量曲线；
监测二供水箱出水口处流量Q2，以时间为横坐标流量为纵坐标绘制二供日用水量曲线，将一天24小时分为3个用水时段，如图3所示。
2、建立配水管中氯衰减关系式；
a)设置采样点：以二供水箱出水口为起点，小区内最远端用户为终点，在起点和终点间设置2个具有上下游关系的采样点；
b)余氯浓度监测：监测各采样点一天24小时内的余氯浓度，如图1所示，二供水箱出水口余氯浓度为C2，末端用户端龙头水余氯浓度为C5，中间采样点余氯浓度为C3和C4；测量二供水箱出水口处的水流至采样点的时间△t＝t-t0。
c)绘制配水管中氯衰减曲线，计算配水管中余氯衰减系数：以水从二供水箱出水口流至各采样点的时间为横坐标，以各采样点相应时刻的余氯浓度为纵坐标，绘制余氯衰减曲线，得到配水管中余氯衰减系数，示意图如图5所示。
余氯衰减曲线的数学公式为：Ct＝C0e-kt(1)
其中，
C0，初始余氯浓度，mg/L；
Ct，t时刻余氯浓度，mg/L；
t，时间，min；
k，余氯衰减系数，min-1。
3、提出用户端稳定达标的二供水箱动态补氯策略；
a)将余氯衰减曲线的数学公式变形为：C2＝C5/e-k1t；
其中，C5为末梢用户端的余氯浓度，C2为二供水箱出水口处余氯浓度，t为水从二供水箱出水口流至末端用户端的时间，k1为配水管中余氯衰减系数。本实施例中，将一天24小时分为3个用水时段，经试验测定各时段配水管中的余氯衰减系数分别为0.003min-1、0.005min-1、0.006min-1，取最大值k1为0.006min-1。
b)以用户端每日各时刻的余氯浓度为0.05mg/L为已知条件，利用a中公式C2＝C5/e-k1t计算每日各时刻二供水箱出水口处余氯浓度，该数据作为二供水箱各时刻补氯的设定值，当二供水箱出水口处的余氯检测变送器检测到的余氯值小于设定值时智能控制器控制加氯装置进行投氯。
本实施例中，由用户端余氯浓度计算二供水箱出水口处余氯浓度的公式为C2＝0.05/e-0.006t。夜间用水低谷0:15时，水从二供水箱出水口流至末端用户端的时间为240min，根据公式计算出二供水箱出水余氯浓度为0.21mg/L；早上07:15时，水从二供水箱出水口流至末端用户端的时间为60min，根据公式计算出二供水箱出水余氯浓度为0.07mg/L；中午12:15时，水从二供水箱出水口流至末端用户端的时间为90min，根据公式计算出二供水箱出水余氯浓度为0.08mg/L；晚上19:15时，水从二供水箱出水口流至末端用户端的时间为120min，根据公式计算出二供水箱出水余氯浓度为0.10mg/L；相关数据如下表所示。以下表中数据作为二供水箱补氯的设定值，当二供水箱出水口处的余氯检测变送器检测到的余氯值小于设定值时进行投氯，能够确保末端用户余氯浓度稳定达标，用户端余氯浓度监测曲线如图6所示。
表1：各时段二供水箱出水口余氯浓度的设定值
优选地，二供水箱补氯的设定值也可根据3个用水时段设置，即用水时段1时设定值取该时段最大值0.21mg/L，用水时段2时设定值取该时段最大值0.08mg/L，用水时段3时设定值取该时段最大值0.10mg/L。降低二供水箱补氯装置设定值的变化频率，减少设备能耗。
实施例2(管网消毒)
本发明提供的管网消毒方案的确定是基于水质模型的投氯量优化问题，优化目标是既要满足水质模型末梢节点余氯浓度达标，又要使管网总投氯量最少，且氯浓度时空分布均匀。现有技术中，为了简化建模过程，水质模型建模时常以小区为节点，因此，投氯量优化计算中的管网末梢点氯浓度达标是小区入口氯浓度达标，不是用户龙头水氯浓度达标。针对此问题，本发明提出厂-网-用户联动优化投氯的管网消毒方案，具体步骤为：
1、建立二供水箱入水口和出水口余氯浓度关系式；
监测t时刻二供水箱入水口流量Q1、余氯浓度C1；监测t时刻二供水箱液位，计算水箱有效容积V；
取t时刻二供水箱内水做余氯衰减试验，以确定二供水箱内水体的余氯衰减系数k2，计算得到一天内多个余氯衰减系数，取最大值记为k2；在本实施例中，水箱内余氯衰减系数k2为0.0007min-1。
确定二供水箱入水口余氯浓度C1和出口余氯浓度C2关系式。假设水箱内混合均匀，初始时刻水箱内余氯浓度为出口处余氯浓度C2，混合后余氯浓度C’＝(C2V+C1Q1t)/(V+Q1t)；衰减后余氯浓度C”＝C’e-k2t；由于水箱混合均匀，假设C”＝C2；
则有C2＝e-k2t(C2V+C1Q1t)/(V+Q1t)。
将检测得到的各数据带入可知，经试验测算二供水箱入水口余氯浓度C1＝1.96C2。
2、建立小区内氯衰减关系式；
小区内余氯衰减关系式为二供水箱入水口余氯浓度C1与末端用户的余氯浓度C5的关系为：e-k2t(VC5+C1Q1te-k1t)＝(V+Q1t)C5(2)
其中，k1为二供水箱出水口至末端用户端的配水管中余氯衰减系数，单位为min-1；
k2为二供水箱内余氯衰减系数，单位为min-1；
C1为二供水箱进水口处的余氯浓度，单位为mg/L；
Q1为二供水箱进水口处流量，单位为L/min；
C5为末端用户端龙头水的与氯浓度，单位为mg/L；
t为时间，单位为min；
V为二供水箱有效容积，单位为L。
在本实施例中，在用户端余氯浓度稳定在0.05mg/L前提下，依据小区内余氯衰减关系式计算得出二供水箱入水口余氯浓度如下表。
表2：各时刻二供水箱入水口余氯浓度的设定值
3、提出厂-网-用户联动优化投氯策略。
采用NSGA-II算法对水厂和管网补氯站的投氯量进行优化；优化目标为总投加量最小，节点余氯浓度时空分布均匀；确定水厂和管网补氯点的投氯策略。
所述使用本领域常用的NSGA-II算法框架对水厂和/或管网补氯站的投氯量进行优化具体为：
确定优化问题约束：将二供水箱入水口处的余氯浓度C1作为管网水质模型的末端节点的最低浓度限制，在所述二供水箱中选取最大余氯浓度，即约束为所有时刻该节点的余氯浓度不低于0.41mg/L。
确定优化问题的两个目标函数：1)管网总投氯量最小，即所有投氯点所有时刻投加氯的总和最小；2)管网余氯时空分布均匀，即所有节点所有时刻余氯值的标准差最小。
确定决策变量优化范围：确定水厂和/或管网补氯站的控制浓度范围(即投氯后的出水余氯浓度)为0.5mg/L-1.1mg/L。
确定NSGA-II算法的种群数目为1000，交叉概率为0.6，突变概率为0.3，使用EPANET进行水力水质求解，优化迭代计算50代。
图7为本实施例的水厂投氯量优化过程，1为水厂目前投氯策略，出厂水余氯浓度恒定0.8mg/L时，日总投氯量为770kg；2为基于水质模型优化水厂投氯量的过程；3为水厂最优投氯策略，有6种投氯方案可供选择。
图1为实施例分区消毒方案示意图。本实施例提供的供水管网用户龙头水水质保障方法为，小区内消毒和管网消毒。其中，小区内消毒为在二供水箱处设置动态补氯，确保用户端余氯浓度稳定达标；管网消毒为进行厂-网-用户联动优化投氯，可以保障水厂出口至小区入口间的管网水稳定达标，管网的消毒剂投加量最小，且余氯时空分布均匀，实现管网消毒方式的精细化管理。
对比例1
图2-图4为某二供小区24小时的监测曲线，从图中可以看出，当二供水箱出水氯浓度恒定时，用户端会出现某时刻余氯浓度不达标的现象，主要原因是用户的用水量变化影响了用户端的余氯浓度。
可以看出二次供水设施缺乏有效的管理，导致了水质恶化，甚至不达标的情况。
图2为二供水箱出水口余氯浓度监测曲线，可以看出目前二供水箱的投氯模式为静态投加，出水余氯浓度基本恒定。
图3为用户端用水量曲线，用户每日用水量存在早中晚三个用水高峰，夜间为用水低谷，在夜间用水低谷期时，配水支管水力停留时间较长，余氯衰减较多，因此用户端余氯浓度较低。相反，在用水高峰期时，配水支管水力停留时间较短，余氯衰减较少，因此用户端余氯浓度较高。
图4为用户端余氯浓度监测曲线。由图4监测曲线可知，在二供水箱出水氯浓度恒定时，用户端会出现某时刻余氯浓度不达标的现象，主要原因是用户的用水量变化影响了用户端的余氯浓度。
本发明在满足管网投氯量多目标优化的基础上，还建立了与用户端的反馈关系，保障了末端用户余氯稳定达标，实现了管网分区消毒，精准投氯，精细管理。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (8)
1.一种龙头水水质保障的方法，其中，所述龙头水水质保障的方法为分区消毒：小区内消毒和管网消毒；
所述小区内消毒为：在二供水箱处动态补氯，使得末端用户端龙头水中的氯含量C5稳定在0.05mg/L以上；
所述小区内消毒包括如下步骤：
(1)测量t0时刻二供水箱出水口处余氯浓度C0，以及t时刻末端用户端龙头水余氯浓度Ct；
(2)测量二供水箱出水口处的水流至末端用户端的时间△t＝t-t0；
(3)将C0、Ct、△t分别带入公式(1)中，得到二供水箱出水口至末端用户端的配水管的余氯衰减系数k配水管；
C0＝Ct/e-kt； (1)
公式(1)中，C0，初始余氯浓度，单位为mg/L；
Ct，t时刻余氯浓度，单位为mg/L；
t，时间，单位为min；
k，余氯衰减系数，单位为min-1；
(4)在24小时内重复多次步骤(3)，取最大的余氯衰减系数k作为二供水箱出水口至末端用户端的配水管中余氯衰减系数k1；
(5)设定末端用户端的余氯浓度为0.05mg/L，选取步骤(4)得到的配水管中余氯衰减系数k1，带入公式(1)中，根据水从二供水箱出水口处流至末端用户端的时间，计算得到二供水箱出水口处水的余氯浓度C2，当二供水箱出水口余氯监测装置测得的余氯浓度C2测量小于所述计算值C2计算时，启动加氯装置，向二供水箱中加氯，使得二供水箱出水口余氯检测装置测得的余氯浓度，不小于C2计算；
所述管网消毒为：
根据末端用户端龙头水的余氯浓度计算出二供水箱进水口余氯浓度，即小区入口处的余氯浓度，并且实际监测二供水箱进水口余氯浓度，通过对比计算值与测量值，给出水厂或管网补氯站在满足二供水箱进水口处的余氯浓度稳定达标条件下的投氯量；
所述管网消毒包括以下步骤：
(a)测量t时刻二供水箱入水口处余氯浓度C1测量和流量Q1；测量t时刻二供水箱液位并根据二供水箱液位计算二供水箱有效容积V；
(b)取t时刻二供水箱内水做余氯衰减试验，以确定二供水箱内水体的余氯衰减系数k2，计算得到一天内多个时刻的余氯衰减系数；取最大值记为k2；
(c)将配水管的余氯衰减系数k1和二供水箱内余氯衰减系数k2以及监测得到的Q1和V带入公式(2)中，即可得到实时的二供水箱入水口出余氯浓度C1与末端用户端龙头水的余氯浓度C5的关系式；当C5取0.05mg/L时，即可得到二供水箱入水口处余氯浓度C1计算；
若二供水箱入水口处的余氯浓度C1测量小于C1计算，则对水厂或管网补氯站的投氯量进行优化；优化目标为总投加量最小，节点余氯浓度时空分布均匀；
e-k2t(VC5+C1Q1te-k1t)＝(V+Q1t)C5 (2)
公式(2)中，k1为二供水箱出水口至末端用户端的配水管中余氯衰减系数；
k2为二供水箱内余氯衰减系数，单位为min-1；
C1为二供水箱进水口处的余氯浓度，单位为mg/L；
Q1为二供水箱进水口处流量，单位为L/min；
C5为末端用户端龙头水的与氯浓度，单位为mg/L；
t为时间，单位为min；
V为二供水箱有效容积，单位为L。
2.根据权利要求1所述的龙头水水质保障的方法，其中，步骤(b)中，在24小时内多次测量步骤(a)中提及的参数；
步骤(c)中，所述对水厂或管网补氯站的投氯量进行优化具体为：
使用NSGA-II算法框架对所述对水厂或管网补氯站的投氯量进行优化，具体为：
将二供水箱入水口处的余氯浓度C1计算作为管网水质模型的末端节点的最低浓度限制，即优化问题的约束为所有时刻所有节点的余氯浓度不低于该节点的最低浓度限制；设计优化问题的两个目标函数，分别是：管网总投氯量最小和管网余氯时空分布均匀。
3.根据权利要求1所述的龙头水水质保障的方法，其中，
通过二供水箱出水口流量监测装置测量二供水箱出水口流量，以绘制二供小区用水量曲线，根据用水量曲线分时段调控水厂、管网补氯点和二供水箱的投氯量。
4.一种基于用户反馈的龙头水水质保障的设备，所述设备使用权利要求1至3中任一项所述的方法，所述设备包括：末端用户端龙头水余氯监测装置、二供水箱进水口余氯监测装置、二供水箱出水口流量监测装置、二供水箱出水口余氯监测装置、二供水箱进水口流量监测装置、二供水箱液位监测装置、加氯装置、智能控制器以及信号传输设备。
5.根据权利要求4所述的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备，其特征在于，
所述末端用户端龙头水余氯监测装置为第三余氯监测变送器；所述二供水箱进水口余氯监测装置为第一余氯监测变送器；所述二供水箱出水口余氯监测装置选自第二余氯监测变送器；所述二供水水箱进水口和出水口流量监测装置为电磁流量计；所述二供水箱液位监测装置为液位传感器；所述加氯装置包含次氯酸钠发生器和投药泵；所述信号传输设备为有线信号传输设备以及无线信号传输设备；所述智能控制器为计算机或PLC控制器中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备，其特征在于：在二供水箱出水口至末端用户端之间，还有一个以上的余氯监测装置，所述余氯监测装置记为第N余氯监测变送器。
7.根据权利要求4所述的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备，其特征在于：
所述末端用户端龙头水余氯监测装置与末端用户端相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱进水口余氯监测装置与二供水箱进水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱进水口流量监测装置与二供水箱进水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱出水口流量监测装置与二供水箱出水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱出水口余氯监测装置与二供水箱出水口相连，并且与智能控制器通过信号传输设备相连；
所述二供水箱液位监测装置与智能控制器通过信号传输装置与智能控制器相连；
所述加氯装置中的次氯酸钠发生器与二供水箱通过投药泵相连通，所述投药泵通过信号传输装置与智能控制器相连。
8.根据权利要求4所述的基于用户反馈的龙头水水质保障的设备，其特征在于：所述二供水箱进水口余氯监测装置与水厂或管网补氯站的信息采集设备通过信号传输装置相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910490015.3A CN110204021B (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910490015.3A CN110204021B (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110204021A CN110204021A (zh) | 2019-09-06 |
| CN110204021B true CN110204021B (zh) | 2020-12-01 |
Family
ID=67791192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910490015.3A Active CN110204021B (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110204021B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113761752A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-07 | 上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司 | 一种基于水龄控制的二次供水储水设备总氯保障方法及系统 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1102764C (zh) * | 1995-03-22 | 2003-03-05 | 王大志 | 净水工艺投氯量计算机优化控制方法 |
| CN102707027B (zh) * | 2012-06-12 | 2014-12-17 | 浙江大学 | 水中加氯后余氯衰减的快反应需氯量的确定方法 |
| CN102914510B (zh) * | 2012-09-25 | 2014-11-12 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种在线测定处理水动态需氯量的设备及方法 |
| CN204270187U (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-15 | 张海存 | 一种自来水智能自动化控制系统 |
| CN105442670B (zh) * | 2015-11-15 | 2017-09-01 | 北京工业大学 | 一种用于二次供水水质保障的建筑给水管道循环系统及方法 |
| CN105825047A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-08-03 | 广州地理研究所 | 基于gis的管网末梢水质模拟方法 |
| CN105804164A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-07-27 | 济南安吉尔实业有限公司 | 一种带监测及净化功能的节能型变频供水设备 |
| JP6603191B2 (ja) * | 2016-09-30 | 2019-11-06 | 株式会社日立製作所 | 水質管理システムおよび方法 |
| CN108975467B (zh) * | 2018-07-27 | 2021-10-01 | 苏州市自来水有限公司 | 基于节点水龄的二次加氯方法 |
| CN109336243A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-15 | 西安建筑科技大学 | 一种复合环控制二次供水加氯的方法和系统 |
| CN109784746A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-21 | 东南大学 | 城乡统筹供水管网水力水质模拟平台 |
-
2019
- 2019-06-06 CN CN201910490015.3A patent/CN110204021B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110204021A (zh) | 2019-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Javadinejad et al. | Using simulation model to determine the regulation and to optimize the quantity of chlorine injection in water distribution networks | |
| CA2989452C (en) | Process and device for the treatment of a fluid containing a contaminant | |
| CA2534040C (en) | Methods and systems for improved dosing of a chemical treatment, such as chlorine dioxide, into a fluid stream, such as a wastewater stream | |
| JP5512032B1 (ja) | 循環水利用システムの課金装置、循環水利用システム | |
| Kaiser et al. | Process control for ozonation systems: a novel real-time approach | |
| CN104238527A (zh) | 污水处理厂曝气总量的精确控制方法 | |
| CN102914510B (zh) | 一种在线测定处理水动态需氯量的设备及方法 | |
| Clark et al. | Measuring and modeling chlorine propagation in water distribution systems | |
| CN103018416B (zh) | 供水管网水质在线监测、预测方法 | |
| CN109928483B (zh) | 一种基于智能算法自动控制的二次供水补加氯消毒系统 | |
| Geng et al. | Control of maximum water age based on total chlorine decay in secondary water supply system | |
| CN110204021B (zh) | 一种基于用户反馈的龙头水水质保障方法 | |
| CN100565181C (zh) | 水处理絮凝剂最佳投量粒度分维测定方法 | |
| Machell et al. | Field studies and modeling exploring mean and maximum water age association to water quality in a drinking water distribution network | |
| CN113003758A (zh) | 一种循环冷却水智能数字管理系统与方法 | |
| CN113822541A (zh) | 一种污水厂站网调度方法及系统 | |
| CN117215343A (zh) | 一种工业循环水智能加硫酸控制方法 | |
| CN110002534B (zh) | 一种基于智能算法进行控制的二次供水紫外线消毒系统 | |
| CN109928486B (zh) | 一种基于智能算法自动控制的二次供水臭氧消毒系统 | |
| CN204116928U (zh) | 污水处理厂曝气总量的精确控制系统 | |
| CN109928457B (zh) | 一种智能控制的二次供水紫外光催化氧化消毒系统 | |
| CN113463727A (zh) | 一种二次供水管理系统 | |
| Ratnaweera et al. | Coagulant dosing control–a review | |
| CN116395831B (zh) | 一种污水处理工艺的碳源投加智能控制系统和方法 | |
| CN115215436B (zh) | 一种基于同步除磷的智能加药除磷控制系统及控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |