基于一阶动力学的饮用水分配系统余氯衰减预测框架研究

《Scientific Reports》：Field-based estimation of bulk and wall chlorine decay in continuous and intermittent water distribution systems: a study from Coimbatore, India

　　

摘要

在饮用水分配系统中保持适量的余氯对于确保消毒效果至关重要。本研究利用来自印度哥印拜陀（Coimbatore）两个城区的水质数据——其中一个区域为Jayaram Nagar，采用连续供水模式；另一个区域为Gandhi Park，采用间歇供水模式——开发了一个基于一阶动力学的预测框架，用于估算余氯在水中整体和附着在管壁上的衰减系数。2024年夏季，研究人员在上述两个区域共采集了96个样本点，其中Gandhi Park区域有37个，Jayaram Nagar区域有59个。通过一阶动力学方程计算出余氯的整体衰减系数（$\({k}_{b}\)）和附着在管壁上的衰减系数（$\({k}_{w}\)$；其中水接触时间根据管道长度和流速进行估算，并对某些水质参数进行了经验性调整。在两个区域中，$\({k}_{b}\)$的范围为0.059至0.092 h?1，$\({k}_{w}\)$的范围为0.015至0.034 h?1。Gandhi Park区域的平均$\({k}_{b}\)$和$\({k}_{w}\)$值分别为0.078 h?1和0.026 h?1，而Jayaram Nagar区域的相应值为0.076 h?1和0.025 h?1。整体衰减系数与附着在管壁上的衰减系数的平均数值比为约3:1；但这一比例仅用于比较系数大小，并不能反映两种反应对余氯损失的实际相对贡献。尽管两个区域之间的差异分别为$\({k}_{b}\)$的0.002 h?1和$\({k}_{w}\)$的0.001 h?1，且这些差异小于同一区域内的变异幅度，因此观察到的差异更多是描述性的，并不能视为供水模式导致的统计学效应。所开发的应用程序支持基于CSV文件的数据输入以及手动数据输入方式，并能提供透明的样本级估算结果，适用于初步的工程评估。