Three water treatment plants(WTPs) in Jeju island whose source water have different characteristics from those of the mainland of Korea were investigated. Coefficients of bulk water decay($k_b$) of free chlorine at $5^{\circ}C$ for ES, GJ, NW WTPs were $-0.003hr^{-1}$, $-0.002hr^{-1}$ and $-0.001hr^{-1}$ respectively based on bottle tests. To simulate the free chlorine variations in the distribution system using EPANET, ES WTP was chosen. Free chlorine concentrations of several sites were less than the drinking water quality standards(i.e., 0.1 mg/L); E5(0.03 mg/L), E6(0.02 mg/L), W21(0.02 mg/L) and W25(0.03 mg/L). To maintain more than 0.1 mg/L of free chlorine in the distribution system, at least 1.9 mg/L of chlorine was needed at the WTP, which suggested rechlorination was needed to supply palatable tap water to customers. Two sites, one that diverged into E5 and E6 in the east-line and another located before E21 in the west-line were selected for the appropriate rechlorination locations. The recommended rechlorination dosages were 0.42 mg/L for the east and 0.27 mg/L for the west. The simulated results indicated that the free chlorine could be reduced to 0.4 mg/L at the WTP with rechlorination, and taps with excessive free chlorine could be more stabilized(i.e., 0.1~0.4 mg/L).
To use chlorine residual as an surrogate parameter of the water quality change during the transportation in the water distribution system(WDS), the correct prediction model of chlorine residual must be established in advance. This paper shows the procedure and the result of applying the water quality model to the field WDS. To begin with, hydraulic model was calibrated and verified using fluoride as an tracer. And chlorine residual was predicted through simulation of water quality model. This predicted value was compared with the observed value. With adjusting the bulk decay coefficient(kb) and the wall decay coefficient(kw) according to the pipewall environment, the predicted chlorine residual can represent the observed value relatively well.
Chlorine bulk decay tests were carried out by bottle test under controlled conditions in a laboratory. Experiments were performed at different temperatures: $5^{\circ}C$, $15^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, and the water temperatures when samples were taken from the effluent just before entering to its distribution system. 38 bulk tests were performed for water of Al (water treatment plant), 4 bulk tests for A2 (large service reservoir), and A3(pumping station). Residual chlorine concentrations in the amber bottles were measured over time till about 100 hours and bulk decay coefficients were evaluated by assuming first-order, parallel first-order, second-order. and $n^{th}-order$ reaction. The $n^{th}-order$ coefficients were obtained using Fourth-order Runge-Kutta Method. A good-fit by the average coefficient of determination ($R^2$) was first-order ($R^2=0.90$) < parallel first-order ($R^2{_{fast}}=0.92$, $R^2{_{slow}}=0.95$) < second-order ($R^2=0.95$) < $n^{th}-order$ ($R^2=0.99$). But if fast reaction of parallel first-order bulk decay were applied to the effluent of large service reservoir with ca. 20 hours of travel time and slow reaction in the water distribution system following the first 20 hours, parallel first-order bulk decay would be best and easy for application of water quality modeling technique.
The optimal rechlorination in water distribution systems was investigated by incorporating optimization techniques into a numerical water quality model. For a hypothetical system that consists of 10 junctions including a storage tank and 12 links, the bulk ($k_b$) and pipe-wall ($k_w$) decay-rate constants of chlorine residual are assumed to be 2.0 1/day and 1.5 m/day, respectively. It was also assumed that the lower and upper limits of chlorine residual in the network are 0.2 mg/L and 0.6 mg/L. When the chlorine source is only the storage tank (without rechlorination), the high levels of chlorine residual appear near the storage tank to maintain the chlorine residuals above the lower limit over the junctions. On the other hand, the chlorine residuals in the network are distribute within the desirable range (0.2 - 0.6 mg/L) after the optimal rechlorination through five injection sites including the storage tank. In case of a real water distribution system that comprises 28 junctions including a clear well and 27 links, the bulk and pipe-wall decay-rate constants are 0.3 1/day and 0.2 m/day, respectively. Before rechlorination, the required chlorine residual at the clearwell is 5.1 mg/L to keep the chlorine residuals above the minimum level (0.6 mg/L) over the junctions. By the optimal rechlorination at five injection sites, the chlorine residuals are distributed within a desirable range of 0.6 mg/L through 2.0 mg/L, which can avoid the excess of chlorine residuals near the clear well. Consequently, total chlirine doses are decreased by 81% in the hypothetical distribution network and 69 % in the real distribution network for satisfying the minimum chlorine residuals.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.170-170
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2023
Providing safe and readily available water is vital to maintain public health. One of the most prevalent methods to prevent the spread of waterborne diseases is applying chlorine injection to the treated water before distribution. During the water transmission and distribution, the chlorine will experience a reduction, which can imply potential risks for human health if it falls below the minimum threshold. The ability to determine the appropriate initial intensity of chlorine at the source would be significant to prevent such problems. This study proposes two methods that integrate hydraulic and water quality modeling to determine the suitable intensity of chlorine to be injected into the source water to maintain the minimum chlorine concentration (e.g., 0.2 mg/l) at each demand node. The water quality modeling employs the first-order decay to estimate the rate of chlorine reduction in the water. The first method utilizes a backtracking algorithm to trace the path of water from the demand node to the source during each time step, which helps to accurately determine the travel time through each pipe and node and facilitate the computation of time-dependent chlorine decay in the water delivery process. However, as a backtracking algorithm is computationally intensive, this study also explores an alternative approach using a water age. This approach estimates the elapsed time of water delivery from the source to the demand node and calculate the time-dependent reduction of chlorine in the water. Finally, this study compares the outcomes of two approaches and determines the suitable and effective method for calculating the chlorine intensity at the source to maintain the minimum chlorine level at demand nodes.
Kim Chang Mo;Park Hyeon;Chang Hyun Seong;Kim Hyun Suk
Journal of Environmental Health Sciences
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v.32
no.1
s.88
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pp.53-59
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2006
This study was carried out to investigate the physicochemical characteristics with the elapsed time of $1\~10$ minutes after adding green tea leaves in the tap water. The results are summarized as follows: 1. $UV_{254}$ measurement increased sharply in direct opposition to increasing conductivity slowly. It is expected that the water soluble organic matters were better extracted than minerals. 2. Residual chlorine decay coefficients evaluated by assuming first-order reaction was increased in proportion to adding weights of green tea leaves. 3. In DBP formation experiments, residual chlorine decreased when reaction time was elapsed. whereas DBPs such as HAAs and THMs increased with the passing of time. From these results, it was showed that residual chlorine decay was related with the formation of DBPs. Therefore, use of boiled tap water in preparation of green tea is suggested if the residual chlorine in the tap water is high.
Proceedings of the Korean Environmental Health Society Conference
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2003.06a
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pp.136-139
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2003
This study is to observe the occurrence of heterotrophic bacteria in terms of free chlorine residuals in two different water distribution system which belongs to both K and Y water treatment plant of S city of Korea. The data analyzing in distribution systems (DS) shows that the free chlorine residuals decrease from 0.10 to 0.56 mgmg/L for K, and 0.51 to 0.78 mg/L for Y. The decay of free chlorine is clearly higher in both March and August than those of in January. The HPC in DS are ranged from 0 to 40 CFU/mL for K, 0 to 270 CFU/mL for Y, on R2A medium. In particular, its level is relatively high at consumers ground storage tanks, taps and point-of-end area of Y. The predominant genera is studied in distribution systems are Acinetobacter, Sphingomonas (branch of Pseudomonas), Micrococcus, Bacillus, Staphylococcus. The diversity of heterotrophic bacteria increase in the end-point area. Most of them are either encapsulated cells or cocci of gram-positve. In conclusion, the point-of-end area in distribution systems shows the longer flow distance from water treatment plants, the greater diversity and higher level of heterotrophic bacteria due to the significant decay of free chlorine residuals.
This study was done to observe the occurrence of heterotrophic bacteria in terms of free chlorine residuals in two different water distribution systems, which belongs to both K and Y water treatment plant of S city in Korea. The data analyzed in the distribution systems show that the free chlorine residuals decreased from 0.10 to 0.56 mg/l for K, and 0.51 to 0.78 mg/l for Y. The decay of free chlorine is clearly higher in both March and August than in January. The HPC in the distribution systems are ranged from 0 to 40 cfu/ml for K, 0 to 270 cfu/ml for Y, on $R_2$A medium. In particular, its level is relatively high at the consumer's ground storage tanks, taps, and the point-of-end area of Y. The predominant genera that were studied in the distribution systems were Acinetobacter, Sphingomonas (branch of Pseudomonas), Micrococcus, Bacillus, Staphylococcus. The diversity of heterotrophic bacteria increases in the end-point area. Most of them are either encapsulated cells or of Gram-positve cocci. In conclusion, the point-of-end area in distribution systems shows the longer flow distance from the water treatment plants, along with a greater diversity and a higher level of heterotrophic bacteria, due to the significant decay of free chlorine residuals.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.6
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pp.706-714
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2007
This study suggested a method for prediction of residual chlorine and THMs in water distribution system by measurement of residual chlorine, THMs, and other parameters, estimation of chlorine decay coefficients and THM formation coefficients, and simulation of water qualities using pipe network analysis. Bulk decay coefficients of parallel first-order were obtained by bottle tests, and pipe wall decay coefficients of first-order were estimated through evaluation of 5 models, which showed the lowest values of 0.03 for MAE(mean absolute error) and 0.037 MAE in comparison with the observed in field. And bottle tests were conducted to model first-order reaction of THM formation by nonlinear least square regression and the resultant coefficients were compared with the observed in field. As a result, the coefficients of determination$(R^2)$ for the observed and the predicted values were 0.98 in September and 0.82 in November, and the formation of THMs was predicted by modeling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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