劉靜

【摘要】以某小型自來水廠為例，探討了該水廠水質(zhì)存在的問題，分析了該水廠的水質(zhì)監(jiān)測(cè)的具體內(nèi)容，建立在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來開展對(duì)水廠水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為實(shí)時(shí)管理水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量提供支持，針對(duì)該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中存在的問題，提出相應(yīng)管理措施以確保該系統(tǒng)得以正常運(yùn)行，為水廠高質(zhì)量開展水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供支持。

【關(guān)鍵詞】自來水廠;水質(zhì)檢測(cè);在線監(jiān)測(cè)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(shí)也是人們生存的物質(zhì)保障。隨著人們生活水平的不斷提高以及城市化進(jìn)程的加快，在水資源用量不斷增加的基礎(chǔ)上，卻造成較多的水污染?，F(xiàn)以某小型自來水廠的水質(zhì)監(jiān)測(cè)為例探討水質(zhì)監(jiān)測(cè)的質(zhì)量控制，為提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量提供參考。

一、水廠概況

某小型自來水廠建設(shè)規(guī)模16000m3/d，該水廠原來監(jiān)測(cè)水質(zhì)時(shí)采用人工巡檢的方式，不定期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，不能隨時(shí)了解水質(zhì)的具體情況。居民端時(shí)常出現(xiàn)色度、濁度等指標(biāo)超標(biāo)的情況，多見水質(zhì)變化后水廠才了解水質(zhì)的情況。

對(duì)此該自來水廠對(duì)水源水的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，按照鉑-鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法測(cè)定色度;按照電極法測(cè)定pH;按照福爾馬林肼標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定總硬度及濁度;按照滴定法測(cè)定氯化物;按照分光光度法測(cè)定氟化物、硝酸鹽、鐵、錳;按照平皿計(jì)數(shù)法測(cè)定細(xì)菌總數(shù);按照濾膜法測(cè)定總大腸桿菌。測(cè)定結(jié)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(biāo)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(zhì)差的問題，具體表現(xiàn)為色度及濁度超標(biāo)，這是造成居民對(duì)水質(zhì)不滿意的原因。

對(duì)此該水廠以原設(shè)備設(shè)施及凈水工藝為基礎(chǔ)，按照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)水質(zhì)的規(guī)定，建設(shè)了1座濾膜車間，分A，B系列。超濾膜技術(shù)的應(yīng)用從工藝方面提高了水質(zhì)，同時(shí)應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來實(shí)時(shí)管理超濾膜工藝從而有效應(yīng)對(duì)水質(zhì)突變的發(fā)生，確保了飲用水的水質(zhì)，為居民安全用水提供了保障。在線監(jiān)測(cè)示意圖見圖1。

二、水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

1、系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)測(cè)中心和監(jiān)測(cè)層是該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。監(jiān)測(cè)層是由大量布置在各個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)控制單元和在線監(jiān)測(cè)儀表構(gòu)成，監(jiān)測(cè)控制單元通過經(jīng)傳接口連接的大量在線監(jiān)測(cè)儀表來實(shí)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(yuǎn)程傳輸模塊傳輸給監(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)中心包括水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫及上位機(jī)在線監(jiān)測(cè)軟件，在線監(jiān)測(cè)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(chǔ)，監(jiān)控軟件可以調(diào)取水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)操作。

2、確定在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(zhì)情況大致較好，問題在于微生物的含量高及濁度超標(biāo)，污染物的含量都達(dá)標(biāo)，因此可以精簡水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，側(cè)重于微生物和濁度這兩個(gè)指標(biāo)。微生物的測(cè)定需要在實(shí)驗(yàn)室完成，不能現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，因此在線監(jiān)測(cè)時(shí)對(duì)原水的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

供水工藝控制中，水的濁度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。根據(jù)飲用水的濁度可以評(píng)估細(xì)菌超標(biāo)情況，水的濁度越高則有機(jī)污染物越高，當(dāng)濁度降低至0.1NTU時(shí)則水中幾乎沒有有機(jī)物，致病微生物的含量也檢測(cè)不到，原因在于水的濁度越高則對(duì)細(xì)菌的生長繁殖越有利，這時(shí)固體懸浮物的表面上大量附著營養(yǎng)物質(zhì)而促進(jìn)細(xì)菌的繁殖。原水高濁度會(huì)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(cè)系統(tǒng)除了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)以外，還可以實(shí)時(shí)反饋超濾膜工藝的運(yùn)行參數(shù)。因此與超濾膜工藝的功能、原理相結(jié)合，還可以對(duì)出水量、跨膜壓差、膜池液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3、布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)

考慮到水廠所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)及技術(shù)發(fā)展程度，綜合水廠供水實(shí)際情況，布置水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)需要充分重視以下幾點(diǎn)：（1）需要考慮到地形因素，要能方便安裝、維護(hù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn);（2）所選擇的監(jiān)測(cè)點(diǎn)要具有代表性，這樣才能在確保能盡可能采集水質(zhì)信息的前提下合理減少監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量，控制經(jīng)費(fèi);（3）供水時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存在水質(zhì)污染的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生水質(zhì)污染的情況，要求監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以及時(shí)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(shè)備發(fā)生異常情況是不可避免的，選擇水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到方便維修，這樣才能為及時(shí)處理提供保障。

布置水的濁度監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，按照相關(guān)要求應(yīng)當(dāng)檢驗(yàn)水源水、出廠水和管網(wǎng)末梢水的水質(zhì)?？紤]到該工程的實(shí)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(jìn)水管的管路上布置對(duì)水源水的監(jiān)測(cè)點(diǎn);在出水管管道上布置出場(chǎng)水的監(jiān)測(cè)點(diǎn);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(yuǎn)，幾乎不會(huì)在較短的距離發(fā)生水質(zhì)突變的情況，因此與實(shí)際情況相結(jié)合，管網(wǎng)末梢不布置在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

就布置出水流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，出水流量用于評(píng)估超濾膜膜池的出水情況，根據(jù)出水流量的測(cè)定結(jié)果可以對(duì)出水管道閥門進(jìn)行調(diào)整從而調(diào)整出水流量。根據(jù)該參數(shù)的功能，應(yīng)當(dāng)在膜池出水管道布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

跨膜壓差是水通過超濾膜時(shí)所降低的壓力，該參數(shù)用于評(píng)估超濾膜的污染情況，當(dāng)跨膜壓差增高時(shí)說明膜的污染程度增加。根據(jù)這一參數(shù)的功能，應(yīng)當(dāng)在超濾膜池前后布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)來監(jiān)測(cè)進(jìn)水壓力和透過水的壓力。

膜池液位用于判斷出水閥、進(jìn)水閥的開閉從而調(diào)整補(bǔ)水及摻水，根據(jù)該參數(shù)的功能，應(yīng)當(dāng)在膜池底部布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)從而監(jiān)測(cè)水體的深度。

4、監(jiān)測(cè)基站

監(jiān)測(cè)基站用于監(jiān)測(cè)、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(duì)在線濁度儀負(fù)責(zé)，按照監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，將濁度儀布置在原水進(jìn)水管段和出水管段。從進(jìn)水、出水管段中引出PVC管道用于提供水樣以供監(jiān)測(cè)。經(jīng)過檢測(cè)的水樣不能重復(fù)利用，因此需要設(shè)置閥門來控制進(jìn)液量從而減少浪費(fèi)、限制取水量。

4.2 在線監(jiān)測(cè)儀表

在線監(jiān)測(cè)儀表使用測(cè)量元件接觸水樣后將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)后經(jīng)傳送、放大后傳輸給控制器。在線監(jiān)測(cè)儀表的應(yīng)用可以對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、根據(jù)參數(shù)可以自動(dòng)調(diào)整藥劑用量及水泵機(jī)組運(yùn)行、儀表具備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果超標(biāo)時(shí)可自動(dòng)報(bào)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(dòng)強(qiáng)度。

在膜池進(jìn)水管路上布置原水在線濁度儀從而動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膜池液位。在超濾膜池前后布置壓力傳感器用來測(cè)定楷模壓差。膜組出水流量計(jì)采用智能電磁流量計(jì)，將其安裝在膜池出水管路中來動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)膜池產(chǎn)水量。虹吸產(chǎn)生的壓力差是膜池的產(chǎn)水動(dòng)力來源，管理人員可根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果來對(duì)管路閥門進(jìn)行調(diào)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(shí)時(shí)顯示。

4.3 數(shù)據(jù)傳輸單元

數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)將在線監(jiān)測(cè)儀器所測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)并編碼打包，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸至管理平臺(tái)。管理人員登錄網(wǎng)絡(luò)后可觀察在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從而了解工藝參數(shù)及水質(zhì)參數(shù)，從而為動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)提供支持，為水質(zhì)提供保障。

4.3.1 傳輸手段的確定

選擇傳輸手段時(shí)，當(dāng)前可用的數(shù)據(jù)傳輸手段包括電話線撥號(hào)、ADSL傳輸、GSM、SMS及GPRS傳輸?shù)?。GPRS是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)傳輸手段，其特點(diǎn)在于：（1）適用性強(qiáng)：當(dāng)前GPRS網(wǎng)絡(luò)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(tái)無需特意建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，安裝設(shè)備即可，設(shè)備成本低;通訊費(fèi)用按照數(shù)據(jù)通訊流量計(jì)算，通信成本低;（3）實(shí)時(shí)性強(qiáng)：GPRS實(shí)時(shí)在線，數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t小，可滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集、傳輸數(shù)據(jù)的要求。該水廠位置偏遠(yuǎn)，選擇傳輸手段時(shí)需要充分考慮到穩(wěn)定性、速度、建設(shè)成本及運(yùn)營成本，因此綜合考慮多方面因素后決定應(yīng)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(zhì)量、用戶反饋好的傳輸硬件。該模塊與現(xiàn)場(chǎng)PLC構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸單元。

4.3.3 遠(yuǎn)程測(cè)控終端

遠(yuǎn)程測(cè)控終端用于監(jiān)視、控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(chǎng)設(shè)備并傳輸數(shù)據(jù)，通過IPC來建立、維護(hù)數(shù)據(jù)庫從而儲(chǔ)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(cè)中心。

4.3.4 基站管理單元

基站管理單元用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制基站分析儀器。用于動(dòng)態(tài)查詢監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和儀器狀態(tài)，對(duì)基站的反沖洗泵、空壓機(jī)及抽水泵等運(yùn)行設(shè)施進(jìn)行控制從而確保系統(tǒng)正常運(yùn)行;經(jīng)通訊方式連接監(jiān)測(cè)中心，從而實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)?；竟芾韱卧墓δ馨▓?bào)警查詢、數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備控制、儀器控制、設(shè)置參數(shù)及系統(tǒng)控制等。

該工程通過在現(xiàn)場(chǎng)控制柜中安裝的觸控屏來實(shí)現(xiàn)管理功能。觸控屏連接現(xiàn)場(chǎng)PLC，可以控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，顯示在線監(jiān)測(cè)儀表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行情況及工藝流程等，還對(duì)先生設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行管理。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，觸控屏上可顯示報(bào)警信息從而方便管理人員迅速定位故障并排除。

5、監(jiān)測(cè)中心

監(jiān)測(cè)中心用于接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)、建立和管理數(shù)據(jù)庫。管理人員在監(jiān)測(cè)中心可經(jīng)PC機(jī)了解設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而遠(yuǎn)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(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而為預(yù)警水質(zhì)污染事故、掌握水質(zhì)情況提供依據(jù)。還可以經(jīng)上位機(jī)軟件遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)基站的設(shè)備開關(guān)、運(yùn)行參數(shù)等。

該監(jiān)測(cè)中心采用網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)，為大型web平臺(tái)，管理人員登錄管理員賬號(hào)和密碼后可進(jìn)行操作。系統(tǒng)采用用戶分組管理的模式，不同賬戶的權(quán)限不同。系統(tǒng)支持移動(dòng)端、PC端登錄的方式從而方便管理人員實(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。管理員登錄認(rèn)證系統(tǒng)后可查看管道動(dòng)態(tài)、報(bào)警信息、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)操作變量、手動(dòng)操作變量等，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件后可通過遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)來設(shè)置超濾膜系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)而確保系統(tǒng)得以正常工作。

三 、水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理措施

現(xiàn)實(shí)操作時(shí)與超濾膜工藝相配套的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用較少，管理人員對(duì)系統(tǒng)維護(hù)存在一定不足，對(duì)此需要重視采取相關(guān)管理措施來加大對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)管理力度。

1、完善規(guī)章制度的建設(shè)

要建立水質(zhì)檢測(cè)的規(guī)章制度，就值班制度上，自來水廠應(yīng)實(shí)時(shí)輪流值班的制度，實(shí)施責(zé)任人制度，管理人員值班時(shí)應(yīng)增強(qiáng)責(zé)任意識(shí)。編寫水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)突發(fā)狀況時(shí)的處理章程，將其在監(jiān)測(cè)基站站房內(nèi)張貼，開展對(duì)管理人員的培訓(xùn)從而提高突發(fā)事件時(shí)處理的規(guī)范性。建立關(guān)于超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行的維護(hù)操作規(guī)程，對(duì)水廠工作人員發(fā)放。

2、加強(qiáng)人員培訓(xùn)

管理人員需要具有較高的技能，要開展對(duì)管理人員的專業(yè)培訓(xùn)，實(shí)施持證上崗制度，確保其開展工作時(shí)能嚴(yán)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(duì)一些操作的理解，不能理解一些設(shè)備上的英文，不能熟練閱讀說明書。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水廠管理人員的培訓(xùn)，加強(qiáng)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(qiáng)巡查

管理人員應(yīng)當(dāng)每日開展對(duì)水廠的巡查，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)備的運(yùn)行情況。巡查時(shí)應(yīng)當(dāng)重視運(yùn)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(cè)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確等。除了每日巡查以外，還要登錄管理系統(tǒng)來實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。

4、報(bào)警信息的處理

該水廠工作人員需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)工藝流程相關(guān)知識(shí)，學(xué)習(xí)報(bào)警信息的原因，學(xué)習(xí)突發(fā)事件時(shí)的應(yīng)急處理措施。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)要能及時(shí)處理，待妥善處理后及時(shí)上報(bào)相關(guān)情況，得到上級(jí)部門的反饋后開展下一步工作。當(dāng)出現(xiàn)水質(zhì)突變時(shí)，除了上報(bào)以外還需要及時(shí)對(duì)水質(zhì)取樣備用。

5、加強(qiáng)對(duì)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(shí)按照廠家操作規(guī)程，使用標(biāo)準(zhǔn)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(cè)儀表，且在線監(jiān)測(cè)儀表校正較為繁瑣，因此水廠應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)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(hù)。

結(jié)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(dǎo)致很多地區(qū)水質(zhì)深受污染與影響，無法保障質(zhì)量。為了讓人們能夠健康生活，有必要做好水質(zhì)管理與檢測(cè)工作。

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