劉靜

【摘要】以某小型自來水廠為例，探討了該水廠水質存在的問題，分析了該水廠的水質監(jiān)測的具體內容，建立在線水質監(jiān)測系統(tǒng)來開展對水廠水質的實時監(jiān)測，為實時管理水質監(jiān)測質量提供支持，針對該系統(tǒng)實際運行過程中存在的問題，提出相應管理措施以確保該系統(tǒng)得以正常運行，為水廠高質量開展水質監(jiān)測提供支持。

【關鍵詞】自來水廠;水質檢測;在線監(jiān)測系統(tǒng)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.058

引言：

水是人類生存的重要資源，同時也是人們生存的物質保障。隨著人們生活水平的不斷提高以及城市化進程的加快，在水資源用量不斷增加的基礎上，卻造成較多的水污染?，F(xiàn)以某小型自來水廠的水質監(jiān)測為例探討水質監(jiān)測的質量控制，為提高水質監(jiān)測質量提供參考。

一、水廠概況

某小型自來水廠建設規(guī)模16000m3/d，該水廠原來監(jiān)測水質時采用人工巡檢的方式，不定期進行實驗室檢測，不能隨時了解水質的具體情況。居民端時常出現(xiàn)色度、濁度等指標超標的情況，多見水質變化后水廠才了解水質的情況。

對此該自來水廠對水源水的水質進行檢測，按照鉑-鈷標準比色法測定色度;按照電極法測定pH;按照福爾馬林肼標準測定總硬度及濁度;按照滴定法測定氯化物;按照分光光度法測定氟化物、硝酸鹽、鐵、錳;按照平皿計數(shù)法測定細菌總數(shù);按照濾膜法測定總大腸桿菌。測定結果見表1。

分析表1數(shù)據(jù)可見該水廠的原水濁度、色度及微生物指標都高于限制，僅采用混凝-過濾-沉淀的工藝處理后無法滿足要求，從而出現(xiàn)水質差的問題，具體表現(xiàn)為色度及濁度超標，這是造成居民對水質不滿意的原因。

對此該水廠以原設備設施及凈水工藝為基礎，按照《生活飲用水衛(wèi)生標準》對水質的規(guī)定，建設了1座濾膜車間，分A，B系列。超濾膜技術的應用從工藝方面提高了水質，同時應用在線監(jiān)測系統(tǒng)來實時管理超濾膜工藝從而有效應對水質突變的發(fā)生，確保了飲用水的水質，為居民安全用水提供了保障。在線監(jiān)測示意圖見圖1。

二、水質監(jiān)測系統(tǒng)的應用

1、系統(tǒng)架構

監(jiān)測中心和監(jiān)測層是該在線監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵，系統(tǒng)架構見圖2。監(jiān)測層是由大量布置在各個水質監(jiān)測點的水質監(jiān)測控制單元和在線監(jiān)測儀表構成，監(jiān)測控制單元通過經(jīng)傳接口連接的大量在線監(jiān)測儀表來實現(xiàn)連接，通過數(shù)據(jù)采集器接收采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)遠程傳輸模塊傳輸給監(jiān)測中心。監(jiān)測中心包括水質在線監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫及上位機在線監(jiān)測軟件，在線監(jiān)測軟件可以接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析、處理后在數(shù)據(jù)庫中存儲，監(jiān)控軟件可以調取水質監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行相應操作。

2、確定在線監(jiān)測項目

從表1中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)該自來水廠的原水水質情況大致較好，問題在于微生物的含量高及濁度超標，污染物的含量都達標，因此可以精簡水質監(jiān)測項目，側重于微生物和濁度這兩個指標。微生物的測定需要在實驗室完成，不能現(xiàn)場檢驗，因此在線監(jiān)測時對原水的水質進行監(jiān)測。

供水工藝控制中，水的濁度是一個非常重要的指標。根據(jù)飲用水的濁度可以評估細菌超標情況，水的濁度越高則有機污染物越高，當濁度降低至0.1NTU時則水中幾乎沒有有機物，致病微生物的含量也檢測不到，原因在于水的濁度越高則對細菌的生長繁殖越有利，這時固體懸浮物的表面上大量附著營養(yǎng)物質而促進細菌的繁殖。原水高濁度會造成消毒劑殺滅微生物的效果降低，可造成水的需氧量及需氯量增加。除此以外濁度可以被肉眼直接感知。

在線監(jiān)測系統(tǒng)除了實時監(jiān)測水質以外，還可以實時反饋超濾膜工藝的運行參數(shù)。因此與超濾膜工藝的功能、原理相結合，還可以對出水量、跨膜壓差、膜池液位進行實時監(jiān)測。

3、布置監(jiān)測點

考慮到水廠所在地區(qū)的經(jīng)濟及技術發(fā)展程度，綜合水廠供水實際情況，布置水質監(jiān)測點時需要充分重視以下幾點：（1）需要考慮到地形因素，要能方便安裝、維護水質監(jiān)測點;（2）所選擇的監(jiān)測點要具有代表性，這樣才能在確保能盡可能采集水質信息的前提下合理減少監(jiān)測設備的數(shù)量，控制經(jīng)費;（3）供水時每個節(jié)點都存在水質污染的發(fā)生風險，一旦發(fā)生水質污染的情況，要求監(jiān)測點可以及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化;（4）系統(tǒng)在長期的使用過程中，一些儀器設備發(fā)生異常情況是不可避免的，選擇水質監(jiān)測點時應當考慮到方便維修，這樣才能為及時處理提供保障。

布置水的濁度監(jiān)測點時，按照相關要求應當檢驗水源水、出廠水和管網(wǎng)末梢水的水質?？紤]到該工程的實際情況，水源地與水廠之間存在較大的高差，且水來源于村上的水庫，不具備安裝儀表的條件，因此退一步在進水管的管路上布置對水源水的監(jiān)測點;在出水管管道上布置出場水的監(jiān)測點;管網(wǎng)末梢分布在居民的家里，不滿足安裝儀表的條件，除此以外考慮到出廠與管網(wǎng)末梢的距離并不遠，幾乎不會在較短的距離發(fā)生水質突變的情況，因此與實際情況相結合，管網(wǎng)末梢不布置在線監(jiān)測點。

就布置出水流量監(jiān)測點時，出水流量用于評估超濾膜膜池的出水情況，根據(jù)出水流量的測定結果可以對出水管道閥門進行調整從而調整出水流量。根據(jù)該參數(shù)的功能，應當在膜池出水管道布置監(jiān)測點。

跨膜壓差是水通過超濾膜時所降低的壓力，該參數(shù)用于評估超濾膜的污染情況，當跨膜壓差增高時說明膜的污染程度增加。根據(jù)這一參數(shù)的功能，應當在超濾膜池前后布置監(jiān)測點來監(jiān)測進水壓力和透過水的壓力。

膜池液位用于判斷出水閥、進水閥的開閉從而調整補水及摻水，根據(jù)該參數(shù)的功能，應當在膜池底部布置監(jiān)測點從而監(jiān)測水體的深度。

4、監(jiān)測基站

監(jiān)測基站用于監(jiān)測、傳輸數(shù)據(jù)，其工作流程見圖3。

4.1 采集單元

水樣采集單元主要是對在線濁度儀負責，按照監(jiān)測點的布置，將濁度儀布置在原水進水管段和出水管段。從進水、出水管段中引出PVC管道用于提供水樣以供監(jiān)測。經(jīng)過檢測的水樣不能重復利用，因此需要設置閥門來控制進液量從而減少浪費、限制取水量。

4.2 在線監(jiān)測儀表

在線監(jiān)測儀表使用測量元件接觸水樣后將檢測信號轉變?yōu)闃藴市盘柡蠼?jīng)傳送、放大后傳輸給控制器。在線監(jiān)測儀表的應用可以對各項工藝參數(shù)進行監(jiān)測、根據(jù)參數(shù)可以自動調整藥劑用量及水泵機組運行、儀表具備動態(tài)監(jiān)測及報警功能，當檢測結果超標時可自動報警從而方便管理人員處理，除此以外還可以降低工作人員的勞動強度。

在膜池進水管路上布置原水在線濁度儀從而動態(tài)監(jiān)測原水的濁度。在膜池出水管路上、清水池前布置出水在線濁度儀來動態(tài)監(jiān)測超濾膜池的出水濁度，從而讓管理人員能直接觀察凈水效果。在膜池的外底部布置壓力變送器，將底部水壓力換算為膜池液位從而實時監(jiān)測膜池液位。在超濾膜池前后布置壓力傳感器用來測定楷模壓差。膜組出水流量計采用智能電磁流量計，將其安裝在膜池出水管路中來動態(tài)監(jiān)測膜池產(chǎn)水量。虹吸產(chǎn)生的壓力差是膜池的產(chǎn)水動力來源，管理人員可根據(jù)實際監(jiān)測結果來對管路閥門進行調整從而控制出水量，采用PLC來采集流量變化數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)在觸控屏上實時顯示。

4.3 數(shù)據(jù)傳輸單元

數(shù)據(jù)傳輸單元負責將在線監(jiān)測儀器所測得的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測中心，其具備傳輸模塊，可經(jīng)接口將不同來源的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)導入現(xiàn)場控制系統(tǒng)并編碼打包，經(jīng)網(wǎng)絡協(xié)議傳輸至管理平臺。管理人員登錄網(wǎng)絡后可觀察在線監(jiān)測數(shù)據(jù)從而了解工藝參數(shù)及水質參數(shù)，從而為動態(tài)調整參數(shù)提供支持，為水質提供保障。

4.3.1 傳輸手段的確定

選擇傳輸手段時，當前可用的數(shù)據(jù)傳輸手段包括電話線撥號、ADSL傳輸、GSM、SMS及GPRS傳輸?shù)?。GPRS是當前應用廣泛的數(shù)據(jù)傳輸手段，其特點在于：（1）適用性強：當前GPRS網(wǎng)絡在我國廣泛覆蓋，可以滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)、山區(qū)等地區(qū)的接入需求;（2）成本低：使用GPRS平臺無需特意建設網(wǎng)絡，安裝設備即可，設備成本低;通訊費用按照數(shù)據(jù)通訊流量計算，通信成本低;（3）實時性強：GPRS實時在線，數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t小，可滿足系統(tǒng)實時采集、傳輸數(shù)據(jù)的要求。該水廠位置偏遠，選擇傳輸手段時需要充分考慮到穩(wěn)定性、速度、建設成本及運營成本，因此綜合考慮多方面因素后決定應用GPRS來無線傳輸數(shù)據(jù)。

4.3.2 硬件選擇

確定數(shù)據(jù)傳輸手段后硬件模塊也隨之確定，該工程采用GPRS傳輸模塊。選擇高質量、用戶反饋好的傳輸硬件。該模塊與現(xiàn)場PLC構成數(shù)據(jù)傳輸單元。

4.3.3 遠程測控終端

遠程測控終端用于監(jiān)視、控制現(xiàn)場設備及采集數(shù)據(jù)。該工程采用PLC+IPC的方式，采用PLC控制數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控現(xiàn)場設備并傳輸數(shù)據(jù)，通過IPC來建立、維護數(shù)據(jù)庫從而儲存所采集的數(shù)據(jù)，之后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測中心。

4.3.4 基站管理單元

基站管理單元用于監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)，自動控制基站分析儀器。用于動態(tài)查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)和儀器狀態(tài)，對基站的反沖洗泵、空壓機及抽水泵等運行設施進行控制從而確保系統(tǒng)正常運行;經(jīng)通訊方式連接監(jiān)測中心，從而實時傳輸數(shù)據(jù)。基站管理單元的功能包括報警查詢、數(shù)據(jù)查詢、設備控制、儀器控制、設置參數(shù)及系統(tǒng)控制等。

該工程通過在現(xiàn)場控制柜中安裝的觸控屏來實現(xiàn)管理功能。觸控屏連接現(xiàn)場PLC，可以控制現(xiàn)場設備，顯示在線監(jiān)測儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備運行情況及工藝流程等，還對先生設備運行進行管理。當發(fā)生突發(fā)事件時，觸控屏上可顯示報警信息從而方便管理人員迅速定位故障并排除。

5、監(jiān)測中心

監(jiān)測中心用于接收監(jiān)測數(shù)據(jù)和設備數(shù)據(jù)、建立和管理數(shù)據(jù)庫。管理人員在監(jiān)測中心可經(jīng)PC機了解設備運行參數(shù)和水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而遠程把握基站工作情況。通過查詢數(shù)據(jù)庫可查閱既往水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而為預警水質污染事故、掌握水質情況提供依據(jù)。還可以經(jīng)上位機軟件遠程控制現(xiàn)場監(jiān)測基站的設備開關、運行參數(shù)等。

該監(jiān)測中心采用網(wǎng)絡信息管理系統(tǒng)，為大型web平臺，管理人員登錄管理員賬號和密碼后可進行操作。系統(tǒng)采用用戶分組管理的模式，不同賬戶的權限不同。系統(tǒng)支持移動端、PC端登錄的方式從而方便管理人員實時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)。管理員登錄認證系統(tǒng)后可查看管道動態(tài)、報警信息、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、自動操作變量、手動操作變量等，當發(fā)生突發(fā)事件后可通過遠程設置參數(shù)來設置超濾膜系統(tǒng)的參數(shù)進而確保系統(tǒng)得以正常工作。

三 、水質監(jiān)測系統(tǒng)的管理措施

現(xiàn)實操作時與超濾膜工藝相配套的水質在線監(jiān)測系統(tǒng)應用較少，管理人員對系統(tǒng)維護存在一定不足，對此需要重視采取相關管理措施來加大對系統(tǒng)的維護管理力度。

1、完善規(guī)章制度的建設

要建立水質檢測的規(guī)章制度，就值班制度上，自來水廠應實時輪流值班的制度，實施責任人制度，管理人員值班時應增強責任意識。編寫水質在線監(jiān)測系統(tǒng)突發(fā)狀況時的處理章程，將其在監(jiān)測基站站房內張貼，開展對管理人員的培訓從而提高突發(fā)事件時處理的規(guī)范性。建立關于超濾膜系統(tǒng)運行的維護操作規(guī)程，對水廠工作人員發(fā)放。

2、加強人員培訓

管理人員需要具有較高的技能，要開展對管理人員的專業(yè)培訓，實施持證上崗制度，確保其開展工作時能嚴格按照說明書及操作規(guī)程規(guī)范操作。該水廠規(guī)模較小，管理人員僅有2名，文化程度不高，這制約了其對一些操作的理解，不能理解一些設備上的英文，不能熟練閱讀說明書。應加強對水廠管理人員的培訓，加強與儀器廠家的交流溝通，從而解決人員不熟練的問題。

3、加強巡查

管理人員應當每日開展對水廠的巡查，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢查，動態(tài)跟蹤設備的運行情況。巡查時應當重視運行過程中的問題高發(fā)環(huán)節(jié)，如注意檢查輸水管段是否存在漏液、儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)是否準確等。除了每日巡查以外，還要登錄管理系統(tǒng)來實時了解系統(tǒng)運行情況。

4、報警信息的處理

該水廠工作人員需要重點學習工藝流程相關知識，學習報警信息的原因，學習突發(fā)事件時的應急處理措施。當發(fā)生突發(fā)事件時要能及時處理，待妥善處理后及時上報相關情況，得到上級部門的反饋后開展下一步工作。當出現(xiàn)水質突變時，除了上報以外還需要及時對水質取樣備用。

5、加強對儀表精度的校核

定期校正儀表從而確保儀器儀表的精度。校正儀表時按照廠家操作規(guī)程，使用標準校正液按照步驟操作。該水廠工作人員既往沒有接觸過此類檢測儀表，且在線監(jiān)測儀表校正較為繁瑣，因此水廠應當加強與儀表廠家售后人員的聯(lián)系，由專業(yè)人員按照規(guī)定周期到廠開展維護。

結語：

現(xiàn)如今國民用水量在持續(xù)增加，人均用水量開始爆發(fā)。工業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展，導致很多地區(qū)水質深受污染與影響，無法保障質量。為了讓人們能夠健康生活，有必要做好水質管理與檢測工作。

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