城市飲用水源水質在線監測系統的建設

廖世忠

（德陽市自來水公司水質監測中心四川德陽618000）

城市飲用水源水質在線監測系統的建設

廖世忠

（德陽市自來水公司水質監測中心四川德陽618000）

近幾年，城市飲用水源水質問題日益嚴峻，水質在線監測技術得到廣泛關注。本文以德陽市飲用水源水質在線監測系統為例，詳細介紹水質在線監測系統各組成部分的建設內容和設計思路，為我省城市飲用水源水質在線監測系統的建設提供參考。

水源水質；水質安全；在線監測系統；建設

城市飲用水源水質在線監測是各個供水企業進行水質管理的基礎和技術支持，水質在線監測是飲用水源地實時動態監控污染物質唯一可行的技術手段，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灌水為主。隨季節的變化，該水源水質主要呈現為豐水期高濁度，枯水期高有機物的水質特征。此外，都江堰人民渠部分渠段經過農村居民生活區，生活污水和垃圾極易進入渠道，對水質安全造成了很大的威脅。因此，建立水質在線監測系統，可實現對水源水質進行動態監控，對保障城市飲用水安全具有重要作用。

1 水質在線監測系統的構成

水質在線監測系統是一個以水質管理與預警為目標，以提供及時、準確的水質檢測結果為主要目的，利用自動控制和計算機技術，組成一個從采樣、水樣預處理、水樣分析、檢測數據處理、存貯和傳輸的完整系統。飲用水源在線監測系統主要由飲用水源在線監測站房、水質采樣系統（包含采水系統、配水系統及PLC控制系統）、飲用水源在線監測儀器、數據采集傳輸儀及無線傳輸設備組成。這些分系統既各成體系，又相互協作，保證整個水質在線監測系統的連續可靠運行。

2 水質在線監測系統建設內容

2.1 站房系統建設

站房為在線監測設備的正常工作及正常通訊提供環境場所。站房內部主要由機柜、相應的監測及控制設備、工作臺等組成。

站房的具體要求如下：（1）站房環境要求：房內裝有空調和除濕機，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，站房內安裝地漏。（3）防雷：設接地電阻，電阻1Ω。（4）供電：引入220V、頻率50Hz交流電，總功率為5kW。（5）防火：站房內設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 采水系統建設

2.2.1 采水方式

為確保連續穩定地完成采水任務，系統配備雙泵雙管，兩泵一用一備或交替使用。采水系統采用連續和間歇式可調的兩種取水方式工作。（1）采水管路采用U-PVC材質，其化學性能穩定、耐壓、耐腐蝕、抗老化。在取樣頭前端外加較粗的過濾網，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節，可起到防淤、防壓等作用。（2）在采水系統中采用活接及便于拆卸的裝置，以便于日常清洗和維護。同時系統還設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被泥沙或藻類堵塞的現象。（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）在每次測量分析結束后，系統將采用空氣對管道進行反吹，保證管道內不存水樣。在站房進水處，安裝壓力表和流量檢測開關以實時顯示進口壓力，并通過流量顯示采水狀態。（5）采水系統應加裝提升裝置，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的核心部件，它的主要作用是將需要監測的水樣采傳輸到后續的預處理和配水單元。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所有監測設備儀器的分析要求，本系統選擇自吸泵。⑵整個采水系統采用兩套進水管路和水泵并聯交替采水，不僅滿足連續監測的要求而且當一路出現故障時，仍能保持在另一路正常工作。

2.3 配水系統建設

2.3.1 配水方式

結合現場實際情況，整個系統采用主進水管路串聯，檢測設備并聯取樣的方式進行配水，任何設備出現問題都不會影響其它設備工作。（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子流量計及調節閥，可調節儀器供樣流量與壓力，保證系統正常穩定運行。（2）綜合毒性和重金屬分析儀的測量水樣先經過初沉后再通過膜過濾進入分析設備進行測量；總磷、總氮設備的測量水樣經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 預處理系統

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

2.3.3 系統清洗

為保證整個系統管路通暢，采、配水系統需要對系統管路進行自動清洗、空氣反吹等維護操作。⑴當系統處于長時間運行狀態下，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。為減少這些對系統的影響，系統會在設備測量的間歇期執行自動清洗程序。本系統所使用的清水均采用自來水，并結合實際情況及時調整清洗所需的水量和水壓。⑵基本組成。整個清洗系統主要由增壓泵、電動球閥、電磁閥、空壓機、壓力開關、壓力傳感器等組成。

2.4 輔助系統建設

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

2.5 水質分析系統

2.5.1 監測項目選擇

針對德陽市水源水質特征，綜合考慮水廠日常應急管理的需要，選擇以下11個監測項目作為水源水質監測指標，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 監測設備功能

在線監測設備應具有如下功能：數據自動存儲，自動量程轉換，遙控、標準輸出接口和數字顯示，自動清洗、狀態自檢和報警功能，干運轉和斷電保護，來電自動恢復，氨氮、總磷、總氮等設備應具有自動標定校正功能。

2.5.3 監測設備技術要求

水質在線監測設備是在線監測系統的基礎，根據水源水質在線監測項目，結合水廠實際情況，本系統采用了7臺技術先進的進口設備，設備的技術參數見表1。

表1 在線監測設備技術參數

2.6 控制系統建設主要功能

水質在線監測控制系統主要是由現場工控機、PLC和現場監控操作軟件組成，整個控制流程見圖1。

圖1 控制系統流程

2.6.1 控制軟件要包含系統管路圖及實時狀態顯示，儀器狀態及實時數據顯示，數據查詢/導出/自動備份功能，參數設置功能，報警信息顯示，，操作提示功能，系統及儀器歷史運行狀態功能等。

2.6.2 可遠程設置和遠程采集監測站儀器設備的工作狀態參數，對采樣、清洗、儀器設備的工作狀態等工作按上述的要求進行檢測及控制。

通過本系統可實現現場同水廠遠程控制中心的通信，控制采樣、設置監測頻率、采樣間隔等；遠程控制儀表校準；按照組態數據的要求對數據進行現場模擬圖、運行控制狀態組、數據列表等監視；可對監視的數據進行報警定義，可設高限報警、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，為恢復異常通訊提供分析依據。

3 結語

選用11項監測指標代表人民渠水源水質，建立了德陽市飲用水源水質在線監測系統。運行期間整個系統穩定、監測數據真實可靠、系統功能齊全，通過對運行期間監測數據的統計分析，掌握了水源水質變化的規律，針對德陽市水源水質特點，水廠現已經形成了相應的應急處理預案，大大提高了水廠水質應急處理的能力，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預警系統研究與實踐[J].中國給水排水,2011,27(6):1-6.

[2]張錫輝,鄭振華,歐陽二明,呂洪剛.水源水質在線監測預警系統的建設[J].中國給水排水,2005,11:14-17.