廖世忠

（德陽市自來水公司水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心四川德陽618000）

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

廖世忠

（德陽市自來水公司水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心四川德陽618000）

近幾年，城市飲用水源水質(zhì)問題日益嚴(yán)峻，水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各組成部分的建設(shè)內(nèi)容和設(shè)計(jì)思路，為我省城市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)；建設(shè)

城市飲用水源水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)是各個(gè)供水企業(yè)進(jìn)行水質(zhì)管理的基礎(chǔ)和技術(shù)支持，水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)是飲用水源地實(shí)時(shí)動(dòng)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(gè)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(jī)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(jìn)入渠道，對(duì)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(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，對(duì)保障城市飲用水安全具有重要作用。

1 水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)以水質(zhì)管理與預(yù)警為目標(biāo)，以提供及時(shí)、準(zhǔn)確的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果為主要目的，利用自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)，組成一個(gè)從采樣、水樣預(yù)處理、水樣分析、檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)主要由飲用水源在線監(jiān)測(cè)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(cè)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(gè)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)可靠運(yùn)行。

2 水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)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(cè)設(shè)備的正常工作及正常通訊提供環(huán)境場(chǎng)所。站房?jī)?nèi)部主要由機(jī)柜、相應(yīng)的監(jiān)測(cè)及控制設(shè)備、工作臺(tái)等組成。

站房的具體要求如下：（1）站房環(huán)境要求：房?jī)?nèi)裝有空調(diào)和除濕機(jī)，要求室溫保持在10℃至35℃、相對(duì)濕度75%以下。（2）給排水：自來水管道接入，站房?jī)?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?jī)?nèi)設(shè)碳酸氫鈉干粉滅火器一只放于進(jìn)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(hù)。同時(shí)系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了清水加空氣的清洗反吹方式定期對(duì)采水管路進(jìn)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(duì)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(hù)管的方式暗敷。（4）在每次測(cè)量分析結(jié)束后，系統(tǒng)將采用空氣對(duì)管道進(jìn)行反吹，保證管道內(nèi)不存水樣。在站房進(jìn)水處，安裝壓力表和流量檢測(cè)開關(guān)以實(shí)時(shí)顯示進(jìn)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(shí)方便進(jìn)行人工的日常清洗和維護(hù)。

2.2.2 采水泵

采水泵是整個(gè)采水系統(tǒng)的核心部件，它的主要作用是將需要監(jiān)測(cè)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(diǎn)到站房的距離、地形的實(shí)際情況，為保證進(jìn)入站房的水壓、流速和流量滿足整個(gè)系統(tǒng)所有監(jiān)測(cè)設(shè)備儀器的分析要求，本系統(tǒng)選擇自吸泵。⑵整個(gè)采水系統(tǒng)采用兩套進(jìn)水管路和水泵并聯(lián)交替采水，不僅滿足連續(xù)監(jiān)測(cè)的要求而且當(dāng)一路出現(xiàn)故障時(shí)，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(chǎng)實(shí)際情況，整個(gè)系統(tǒng)采用主進(jìn)水管路串聯(lián)，檢測(cè)設(shè)備并聯(lián)取樣的方式進(jìn)行配水，任何設(shè)備出現(xiàn)問題都不會(huì)影響其它設(shè)備工作。（1）主進(jìn)樣管路由電動(dòng)球閥控制，而儀器進(jìn)樣則通過進(jìn)樣管處的閥門來控制，每臺(tái)分析儀器前端安裝轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(yùn)行。（2）綜合毒性和重金屬分析儀的測(cè)量水樣先經(jīng)過初沉后再通過膜過濾進(jìn)入分析設(shè)備進(jìn)行測(cè)量；總磷、總氮設(shè)備的測(cè)量水樣經(jīng)過初沉后直接進(jìn)入分析儀表；COD、濁度分析儀直接測(cè)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(duì)測(cè)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(gè)系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程采水、多級(jí)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(jí)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(jìn)入設(shè)備，一部分水樣經(jīng)初沉淀后再經(jīng)膜過濾進(jìn)入分析設(shè)備。

2.3.3 系統(tǒng)清洗

為保證整個(gè)系統(tǒng)管路通暢，采、配水系統(tǒng)需要對(duì)系統(tǒng)管路進(jìn)行自動(dòng)清洗、空氣反吹等維護(hù)操作。⑴當(dāng)系統(tǒng)處于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)下，管路會(huì)沉積大量的泥沙和藻類，如不及時(shí)清理就會(huì)影響管道的流量和污染樣品水質(zhì)。為減少這些對(duì)系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)會(huì)在設(shè)備測(cè)量的間歇期執(zhí)行自動(dòng)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(shí)際情況及時(shí)調(diào)整清洗所需的水量和水壓。⑵基本組成。整個(gè)清洗系統(tǒng)主要由增壓泵、電動(dòng)球閥、電磁閥、空壓機(jī)、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(yùn)行和避免外部電源擾動(dòng)或浪涌，系統(tǒng)配置了不間斷電源（UPS）供電系統(tǒng)，保證測(cè)控系統(tǒng)傳感器和測(cè)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(yùn)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(hù)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(jìn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 水質(zhì)分析系統(tǒng)

2.5.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇

針對(duì)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(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目作為水源水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，即濁度、COD、氨氮、綜合毒性、重金屬（砷、鎘、汞、鉛）、六價(jià)鉻、總磷、總氮。

2.5.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備功能

在線監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具有如下功能：數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，遙控、標(biāo)準(zhǔn)輸出接口和數(shù)字顯示，自動(dòng)清洗、狀態(tài)自檢和報(bào)警功能，干運(yùn)轉(zhuǎn)和斷電保護(hù)，來電自動(dòng)恢復(fù)，氨氮、總磷、總氮等設(shè)備應(yīng)具有自動(dòng)標(biāo)定校正功能。

2.5.3 監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)要求

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，根據(jù)水源水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，結(jié)合水廠實(shí)際情況，本系統(tǒng)采用了7臺(tái)技術(shù)先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備，設(shè)備的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 在線監(jiān)測(cè)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(cè)控制系統(tǒng)主要是由現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)、PLC和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控操作軟件組成，整個(gè)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(shí)時(shí)狀態(tài)顯示，儀器狀態(tài)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)查詢/導(dǎo)出/自動(dòng)備份功能，參數(shù)設(shè)置功能，報(bào)警信息顯示，，操作提示功能，系統(tǒng)及儀器歷史運(yùn)行狀態(tài)功能等。

2.6.2 可遠(yuǎn)程設(shè)置和遠(yuǎn)程采集監(jiān)測(cè)站儀器設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)，對(duì)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(jìn)行檢測(cè)及控制。

通過本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)同水廠遠(yuǎn)程控制中心的通信，控制采樣、設(shè)置監(jiān)測(cè)頻率、采樣間隔等；遠(yuǎn)程控制儀表校準(zhǔn)；按照組態(tài)數(shù)據(jù)的要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬圖、運(yùn)行控制狀態(tài)組、數(shù)據(jù)列表等監(jiān)視；可對(duì)監(jiān)視的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警定義，可設(shè)高限報(bào)警、低限報(bào)警等，并記錄報(bào)警時(shí)間，形成報(bào)警報(bào)表。同時(shí)，對(duì)通訊故障進(jìn)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(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)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(cè)系統(tǒng)。運(yùn)行期間整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、系統(tǒng)功能齊全，通過對(duì)運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，掌握了水源水質(zhì)變化的規(guī)律，針對(duì)德陽市水源水質(zhì)特點(diǎn)，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。

[1]袁永欽,匡科,沈軍.廣州市西江引水工程水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)研究與實(shí)踐[J].中國(guó)給水排水,2011,27(6):1-6.

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