城市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)

廖世忠

（德陽市自來水公司水質(zhì)監(jiān)測中心四川德陽618000）

城市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)

廖世忠

（德陽市自來水公司水質(zhì)監(jiān)測中心四川德陽618000）

近幾年，城市飲用水源水質(zhì)問題日益嚴峻，水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)得到廣泛關(guān)注。本文以德陽市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)為例，詳細介紹水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)各組成部分的建設(shè)內(nèi)容和設(shè)計思路，為我省城市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

水源水質(zhì)；水質(zhì)安全；在線監(jiān)測系統(tǒng)；建設(shè)

城市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測是各個供水企業(yè)進行水質(zhì)管理的基礎(chǔ)和技術(shù)支持，水質(zhì)在線監(jiān)測是飲用水源地實時動態(tài)監(jiān)控污染物質(zhì)唯一可行的技術(shù)手段，其重要性是不言而喻的。德陽市是一個飲用水源單一的缺水城市，飲用水源主要是以都江堰人民渠農(nóng)灌水為主。隨季節(jié)的變化，該水源水質(zhì)主要呈現(xiàn)為豐水期高濁度，枯水期高有機物的水質(zhì)特征。此外，都江堰人民渠部分渠段經(jīng)過農(nóng)村居民生活區(qū)，生活污水和垃圾極易進入渠道，對水質(zhì)安全造成了很大的威脅。因此，建立水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對水源水質(zhì)進行動態(tài)監(jiān)控，對保障城市飲用水安全具有重要作用。

1 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個以水質(zhì)管理與預(yù)警為目標，以提供及時、準確的水質(zhì)檢測結(jié)果為主要目的，利用自動控制和計算機技術(shù)，組成一個從采樣、水樣預(yù)處理、水樣分析、檢測數(shù)據(jù)處理、存貯和傳輸?shù)耐暾到y(tǒng)。飲用水源在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由飲用水源在線監(jiān)測站房、水質(zhì)采樣系統(tǒng)（包含采水系統(tǒng)、配水系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)）、飲用水源在線監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)采集傳輸儀及無線傳輸設(shè)備組成。這些分系統(tǒng)既各成體系，又相互協(xié)作，保證整個水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的連續(xù)可靠運行。

2 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

2.1 站房系統(tǒng)建設(shè)

站房為在線監(jiān)測設(shè)備的正常工作及正常通訊提供環(huán)境場所。站房內(nèi)部主要由機柜、相應(yīng)的監(jiān)測及控制設(shè)備、工作臺等組成。

站房的具體要求如下：（1）站房環(huán)境要求：房內(nèi)裝有空調(diào)和除濕機，要求室溫保持在10℃至35℃、相對濕度75%以下。（2）給排水：自來水管道接入，站房內(nèi)安裝地漏。（3）防雷：設(shè)接地電阻，電阻1Ω。（4）供電：引入220V、頻率50Hz交流電，總功率為5kW。（5）防火：站房內(nèi)設(shè)碳酸氫鈉干粉滅火器一只放于進門口處明顯位置。（6）選址：站房選址應(yīng)考慮采集水樣具有代表性，采樣管路越短越好。

2.2 采水系統(tǒng)建設(shè)

2.2.1 采水方式

為確保連續(xù)穩(wěn)定地完成采水任務(wù)，系統(tǒng)配備雙泵雙管，兩泵一用一備或交替使用。采水系統(tǒng)采用連續(xù)和間歇式可調(diào)的兩種取水方式工作。（1）采水管路采用U-PVC材質(zhì)，其化學(xué)性能穩(wěn)定、耐壓、耐腐蝕、抗老化。在取樣頭前端外加較粗的過濾網(wǎng)，采水管路前端配備減壓閥，后端配備球閥，以便流量和壓力的調(diào)節(jié)，可起到防淤、防壓等作用。（2）在采水系統(tǒng)中采用活接及便于拆卸的裝置，以便于日常清洗和維護。同時系統(tǒng)還設(shè)計了清水加空氣的清洗反吹方式定期對采水管路進行清洗，可有效減少采水系統(tǒng)被泥沙或藻類堵塞的現(xiàn)象。（3）對于室外的采水管路，采用直埋并在其外套DN50鍍鋅鋼管作為保護管的方式暗敷。（4）在每次測量分析結(jié)束后，系統(tǒng)將采用空氣對管道進行反吹，保證管道內(nèi)不存水樣。在站房進水處，安裝壓力表和流量檢測開關(guān)以實時顯示進口壓力，并通過流量顯示采水狀態(tài)。（5）采水系統(tǒng)應(yīng)加裝提升裝置，便于采樣泵的提升與安裝，同時方便進行人工的日常清洗和維護。

2.2.2 采水泵

采水泵是整個采水系統(tǒng)的核心部件，它的主要作用是將需要監(jiān)測的水樣采傳輸?shù)胶罄m(xù)的預(yù)處理和配水單元。⑴考慮采樣點到站房的距離、地形的實際情況，為保證進入站房的水壓、流速和流量滿足整個系統(tǒng)所有監(jiān)測設(shè)備儀器的分析要求，本系統(tǒng)選擇自吸泵。⑵整個采水系統(tǒng)采用兩套進水管路和水泵并聯(lián)交替采水，不僅滿足連續(xù)監(jiān)測的要求而且當一路出現(xiàn)故障時，仍能保持在另一路正常工作。

2.3 配水系統(tǒng)建設(shè)

2.3.1 配水方式

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，整個系統(tǒng)采用主進水管路串聯(lián)，檢測設(shè)備并聯(lián)取樣的方式進行配水，任何設(shè)備出現(xiàn)問題都不會影響其它設(shè)備工作。（1）主進樣管路由電動球閥控制，而儀器進樣則通過進樣管處的閥門來控制，每臺分析儀器前端安裝轉(zhuǎn)子流量計及調(diào)節(jié)閥，可調(diào)節(jié)儀器供樣流量與壓力，保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。（2）綜合毒性和重金屬分析儀的測量水樣先經(jīng)過初沉后再通過膜過濾進入分析設(shè)備進行測量；總磷、總氮設(shè)備的測量水樣經(jīng)過初沉后直接進入分析儀表；COD、濁度分析儀直接測量。

2.3.2 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理主要目的是去除水中的雜質(zhì)，防止雜質(zhì)阻塞設(shè)備管路、損壞儀器設(shè)備和減少雜質(zhì)對測量產(chǎn)生影響。預(yù)處理系統(tǒng)管路采用優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)PVC管材，整個系統(tǒng)具有遠程采水、多級過濾等功能，能為不同分析設(shè)備提供所需要的水樣。（1）水樣的預(yù)處理采用非攔截式過濾方式。不僅要消除影響設(shè)備分析的干擾，還要不能讓水樣失去代表性。（2）本系統(tǒng)采用初級沉淀和膜過濾相結(jié)合的方法，水樣經(jīng)初沉后，通過自然沉降，消除了其中較大的雜物，一部分水樣經(jīng)初沉淀后直接進入設(shè)備，一部分水樣經(jīng)初沉淀后再經(jīng)膜過濾進入分析設(shè)備。

2.3.3 系統(tǒng)清洗

為保證整個系統(tǒng)管路通暢，采、配水系統(tǒng)需要對系統(tǒng)管路進行自動清洗、空氣反吹等維護操作。⑴當系統(tǒng)處于長時間運行狀態(tài)下，管路會沉積大量的泥沙和藻類，如不及時清理就會影響管道的流量和污染樣品水質(zhì)。為減少這些對系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)會在設(shè)備測量的間歇期執(zhí)行自動清洗程序。本系統(tǒng)所使用的清水均采用自來水，并結(jié)合實際情況及時調(diào)整清洗所需的水量和水壓。⑵基本組成。整個清洗系統(tǒng)主要由增壓泵、電動球閥、電磁閥、空壓機、壓力開關(guān)、壓力傳感器等組成。

2.4 輔助系統(tǒng)建設(shè)

為了有效保障系統(tǒng)在停電后的應(yīng)急運行和避免外部電源擾動或浪涌，系統(tǒng)配置了不間斷電源（UPS）供電系統(tǒng)，保證測控系統(tǒng)傳感器和測控設(shè)備以及數(shù)據(jù)的存貯及傳輸在斷電后的應(yīng)急運行。（1）本系統(tǒng)采用在線式UPS做到不間斷供電。（2）安裝電源總開關(guān)和漏電保護開關(guān)，電源電路供電平穩(wěn)，不能經(jīng)常停電。（3）站房應(yīng)配備總配電箱，箱中應(yīng)有電表及空氣總開關(guān)。應(yīng)在總配電箱處進行重復(fù)接地；并應(yīng)在此考慮電源防雷措施。（4）電源線接入方式應(yīng)符合相關(guān)的國家標準。

2.5 水質(zhì)分析系統(tǒng)

2.5.1 監(jiān)測項目選擇

針對德陽市水源水質(zhì)特征，綜合考慮水廠日常應(yīng)急管理的需要，選擇以下11個監(jiān)測項目作為水源水質(zhì)監(jiān)測指標，即濁度、COD、氨氮、綜合毒性、重金屬（砷、鎘、汞、鉛）、六價鉻、總磷、總氮。

2.5.2 監(jiān)測設(shè)備功能

在線監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具有如下功能：數(shù)據(jù)自動存儲，自動量程轉(zhuǎn)換，遙控、標準輸出接口和數(shù)字顯示，自動清洗、狀態(tài)自檢和報警功能，干運轉(zhuǎn)和斷電保護，來電自動恢復(fù)，氨氮、總磷、總氮等設(shè)備應(yīng)具有自動標定校正功能。

2.5.3 監(jiān)測設(shè)備技術(shù)要求

水質(zhì)在線監(jiān)測設(shè)備是在線監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，根據(jù)水源水質(zhì)在線監(jiān)測項目，結(jié)合水廠實際情況，本系統(tǒng)采用了7臺技術(shù)先進的進口設(shè)備，設(shè)備的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 在線監(jiān)測設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.6 控制系統(tǒng)建設(shè)主要功能

水質(zhì)在線監(jiān)測控制系統(tǒng)主要是由現(xiàn)場工控機、PLC和現(xiàn)場監(jiān)控操作軟件組成，整個控制流程見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)流程

2.6.1 控制軟件要包含系統(tǒng)管路圖及實時狀態(tài)顯示，儀器狀態(tài)及實時數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)查詢/導(dǎo)出/自動備份功能，參數(shù)設(shè)置功能，報警信息顯示，，操作提示功能，系統(tǒng)及儀器歷史運行狀態(tài)功能等。

2.6.2 可遠程設(shè)置和遠程采集監(jiān)測站儀器設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)，對采樣、清洗、儀器設(shè)備的工作狀態(tài)等工作按上述的要求進行檢測及控制。

通過本系統(tǒng)可實現(xiàn)現(xiàn)場同水廠遠程控制中心的通信，控制采樣、設(shè)置監(jiān)測頻率、采樣間隔等；遠程控制儀表校準；按照組態(tài)數(shù)據(jù)的要求對數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場模擬圖、運行控制狀態(tài)組、數(shù)據(jù)列表等監(jiān)視；可對監(jiān)視的數(shù)據(jù)進行報警定義，可設(shè)高限報警、低限報警等，并記錄報警時間，形成報警報表。同時，對通訊故障進行管理及分析，為恢復(fù)異常通訊提供分析依據(jù)。

3 結(jié)語

選用11項監(jiān)測指標代表人民渠水源水質(zhì)，建立了德陽市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)。運行期間整個系統(tǒng)穩(wěn)定、監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠、系統(tǒng)功能齊全，通過對運行期間監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，掌握了水源水質(zhì)變化的規(guī)律，針對德陽市水源水質(zhì)特點，水廠現(xiàn)已經(jīng)形成了相應(yīng)的應(yīng)急處理預(yù)案，大大提高了水廠水質(zhì)應(yīng)急處理的能力，確保飲用水安全。

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[2]張錫輝,鄭振華,歐陽二明,呂洪剛.水源水質(zhì)在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)[J].中國給水排水,2005,11:14-17.