直插式水質(zhì)監(jiān)測儀在供水管網(wǎng)中的應(yīng)用研究

(1.浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院，浙江杭州 310027;2.浙江綠城建筑設(shè)計有限公司，浙江杭州 310007)

0 引言

管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測是保障管網(wǎng)供水水質(zhì)安全的重要措施，我國《城市供水2010年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》中，明確提出在管網(wǎng)中推廣應(yīng)用水質(zhì)在線檢測設(shè)備，對供水水質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)控，提高供水水質(zhì)安全監(jiān)控和預(yù)報技術(shù)水平，是提高供水水質(zhì)安全性的重要技術(shù)路線［1］。目前大部分水司采用的管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備為引出式管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測儀，該設(shè)備適合布置在戶外的管網(wǎng)節(jié)點上，能在線檢測管網(wǎng)水的pH、余氯、濁度、溫度等參數(shù)，檢測的數(shù)據(jù)能通過終端控制器，實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的存儲和發(fā)送。近年來，隨著管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，直插式水質(zhì)監(jiān)測儀在市政管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用越來越多。

1 直插式水質(zhì)監(jiān)測儀

直插式水質(zhì)監(jiān)測儀是近年來最新研制的管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測儀，相對于引出式的水質(zhì)監(jiān)測儀，它具有以下幾個優(yōu)點［2］:

1)以積極主動的方式收集管網(wǎng)實時水質(zhì)數(shù)據(jù)，為應(yīng)急或日后事件研究提供寶貴資料;

2)進(jìn)行管網(wǎng)實時監(jiān)測，克服管線水質(zhì)監(jiān)測難點，多參數(shù)比較提高數(shù)據(jù)可信度和價值;

3)有能力對由于突發(fā)事件或者維修而產(chǎn)生的污染進(jìn)行風(fēng)險評價，提高飲水安全管理水平;

4)為計算機(jī)模型提供寶貴的實時數(shù)據(jù)，提高模型可靠性和預(yù)測精度;

5)準(zhǔn)確把握管網(wǎng)水質(zhì)變化，提高水廠調(diào)度和消毒過程控制能力，減少事故，節(jié)約成本;

6)設(shè)備高度集成，體積小、重量輕，容易安裝和維護(hù);可以對水流、壓力和多個水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行同步實時監(jiān)測;

7)監(jiān)測過程中不使用試劑或膜，運行成本比較低，監(jiān)測過程不產(chǎn)生廢水;

8)監(jiān)測設(shè)備支持多種通訊接口，便于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，且設(shè)備自帶大容量存儲器，可備份大量監(jiān)測數(shù)據(jù)。

英特理松(Intellisonde)是目前市場應(yīng)用較多的直插型水質(zhì)監(jiān)測儀，它由英國英特理特公司(Intellitect Water)公司開發(fā)，它的設(shè)計基于多種專利技術(shù)，并采用了先進(jìn)的微電極傳感器制造，獨特的材料和方法確保了傳感器的高度集成和精確穩(wěn)定;最新的微控制器技術(shù)，具有最強(qiáng)的靈活性和通信能力，同時保持低功耗。儀器高約60 cm，重量約3.5 kg，防水等級達(dá)到IP68的電子屏蔽，其構(gòu)造如圖1所示。該儀器可以在線實時監(jiān)測的參數(shù)有流速、壓力、溫度、濁度、色度、余氯、總氯、溶解氧、電導(dǎo)率、pH值、氧化還原電位(ORP)和離子濃度(例如氟)，并預(yù)留了空閑接口，隨時更換探頭，改變監(jiān)測的參數(shù)。傳感器是Intellisonde多參數(shù)在線水質(zhì)監(jiān)測記錄儀的主要組成部分，它的直徑為3.6 cm，位于儀器的下端，安裝時插入管道內(nèi)部，實現(xiàn)對水質(zhì)的監(jiān)測。傳感器內(nèi)部裝設(shè)多個水質(zhì)監(jiān)測探頭，不同的水質(zhì)監(jiān)測探頭能檢測相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)。在探頭的中間還設(shè)置有攪拌器/發(fā)電機(jī)，能夠在流量高峰時發(fā)電，同時在非高峰/無水流的時候產(chǎn)生水流，以此保證在感應(yīng)器頭的周圍持續(xù)的水流。這種技術(shù)及選用的先進(jìn)材料將有助于減少探頭水垢污染，減少現(xiàn)場清洗維護(hù)次數(shù)，增強(qiáng)檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性(見表1)。

圖1 Intellisonde水質(zhì)參數(shù)儀

表1 Intellisonde水質(zhì)參數(shù)儀的監(jiān)測范圍

Intellisonde多參數(shù)在線水質(zhì)監(jiān)測記錄儀的數(shù)據(jù)處理、存儲和傳輸設(shè)備位于儀器頂端，通過主軸與傳感器連接，軸內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)連接線。通過設(shè)置監(jiān)測間隔和遠(yuǎn)傳間隔可調(diào)至1 min～60 min一次，監(jiān)測數(shù)據(jù)可選擇存儲平均值、最大值和最小值，若每5 min記錄12種指標(biāo)，則可存儲3個月的數(shù)據(jù)。同時為每一種指標(biāo)設(shè)置報警值，并通過傳輸設(shè)備實時發(fā)送。該儀器支持多種數(shù)據(jù)傳輸方式，如 GPRS，Modbus RTU，TCP/IP，RS232/485/，以太網(wǎng)等，易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線傳輸。

從表1中可以看出，該儀器的溫度監(jiān)測指標(biāo)誤差較大，原因是Intellisonde濁度監(jiān)測采用散射光學(xué)原理，是成熟通用的方法。通過直插式監(jiān)測，監(jiān)測的是管道實際動態(tài)水力狀況(流速和壓力脈動)下的濁度，真實反映管網(wǎng)實際(管網(wǎng)中的濁度隨著流速和管底沉積物擾動會有波動)。這種監(jiān)測方法是引出式設(shè)備需要控流控壓特殊條件下監(jiān)測靜止水體所做不到的。圖2是兩種設(shè)備管網(wǎng)實際監(jiān)測中數(shù)據(jù)對比(離Intellisonde監(jiān)測點約500 m的距離處有一個hach監(jiān)測點，但監(jiān)測的管道不同)。

為了檢測Intellisonde濁度監(jiān)測精度，將該設(shè)備放置于靜止水體中，持續(xù)監(jiān)測得到濁度數(shù)據(jù)，如圖3所示。

2 應(yīng)用實例

目前Intellisonde多參數(shù)在線水質(zhì)監(jiān)測記錄儀在國外應(yīng)用較多，水務(wù)公司或研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)將該儀器應(yīng)用于管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測。如葡萄牙EPAL水務(wù)在一個子供水區(qū)域管網(wǎng)上策略性部署了4套Intellisonde，監(jiān)測溫度、pH值、濁度、余氯、總氯、電導(dǎo)率和氧化還原電位七個水質(zhì)參數(shù)，監(jiān)測間隔設(shè)置為15 min。該儀器還被美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)選中，安裝于俄亥俄州EPA測試中心的模擬管網(wǎng)中，用來評估它為供水管網(wǎng)由于自然因素或人為因素造成水質(zhì)污染事故提供報警的性能。

圖2 Intellisonde濁度數(shù)據(jù)與Hach濁度數(shù)據(jù)對比（2011年）

圖3 Intellisonde在靜止水體中的濁度檢測（2009年）

Intellisonde在國內(nèi)也取得了越來越多的應(yīng)用，目前國內(nèi)安裝有約二十余臺該儀器，主要應(yīng)用于市政供水管網(wǎng)系統(tǒng)中，其中上海市南自來水公司在管網(wǎng)中安裝了三臺。該設(shè)備直接安裝于供水管網(wǎng)直徑600 mm的管道井內(nèi)，可容納一人在井內(nèi)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，井壁做防水處理。井蓋采用塑料井蓋，有利于信號傳輸(見圖4)。設(shè)備采用了較高的防水等級，能在條件較差的情況下正常運行。

圖4 Intellisonde在實際管網(wǎng)中的應(yīng)用

3 結(jié)語

管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)對管網(wǎng)水質(zhì)、水量和壓力在線實時監(jiān)控，能有效地保障廣大用戶的用水安全。直插式管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測儀能快速、簡便地安裝于市政管網(wǎng)中，具有高度集成、多水質(zhì)參數(shù)準(zhǔn)確實時監(jiān)測等特點，是一種高效的管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測儀。由于儀器本身的特點，有利于它在市政供水管網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用。

［1］楊家建，向 民.管網(wǎng)在線監(jiān)控水安全［J］.The civil construction technology，2006，1(5):29-30.

［2］http://www.ewaters.biz/SColumn.asp?BCategoryID=3＆CategoryID=30＆leftID=-1.