直插式水质监测仪在供水管网中的应用研究

2012-06-01

山西建筑 2012年22期

(1.浙江大学建筑设计研究院，浙江杭州 310027;2.浙江绿城建筑设计有限公司，浙江杭州 310007)

0 引言

管网水质监测是保障管网供水水质安全的重要措施，我国《城市供水2010年技术进步发展规划及2020年远景目标》中，明确提出在管网中推广应用水质在线检测设备，对供水水质进行实时监控，提高供水水质安全监控和预报技术水平，是提高供水水质安全性的重要技术路线［1］。目前大部分水司采用的管网水质监测设备为引出式管网水质监测仪，该设备适合布置在户外的管网节点上，能在线检测管网水的pH、余氯、浊度、温度等参数，检测的数据能通过终端控制器，实现对所有数据的存储和发送。近年来，随着管网水质监测技术的发展，直插式水质监测仪在市政管网水质监测中的应用越来越多。

1 直插式水质监测仪

直插式水质监测仪是近年来最新研制的管网水质监测仪，相对于引出式的水质监测仪，它具有以下几个优点［2］:

1)以积极主动的方式收集管网实时水质数据，为应急或日后事件研究提供宝贵资料;

2)进行管网实时监测，克服管线水质监测难点，多参数比较提高数据可信度和价值;

3)有能力对由于突发事件或者维修而产生的污染进行风险评价，提高饮水安全管理水平;

4)为计算机模型提供宝贵的实时数据，提高模型可靠性和预测精度;

5)准确把握管网水质变化，提高水厂调度和消毒过程控制能力，减少事故，节约成本;

6)设备高度集成，体积小、重量轻，容易安装和维护;可以对水流、压力和多个水质参数进行同步实时监测;

7)监测过程中不使用试剂或膜，运行成本比较低，监测过程不产生废水;

8)监测设备支持多种通讯接口，便于数据远传，且设备自带大容量存储器，可备份大量监测数据。

英特理松(Intellisonde)是目前市场应用较多的直插型水质监测仪，它由英国英特理特公司(Intellitect Water)公司开发，它的设计基于多种专利技术，并采用了先进的微电极传感器制造，独特的材料和方法确保了传感器的高度集成和精确稳定;最新的微控制器技术，具有最强的灵活性和通信能力，同时保持低功耗。仪器高约60 cm，重量约3.5 kg，防水等级达到IP68的电子屏蔽，其构造如图1所示。该仪器可以在线实时监测的参数有流速、压力、温度、浊度、色度、余氯、总氯、溶解氧、电导率、pH值、氧化还原电位(ORP)和离子浓度(例如氟)，并预留了空闲接口，随时更换探头，改变监测的参数。传感器是Intellisonde多参数在线水质监测记录仪的主要组成部分，它的直径为3.6 cm，位于仪器的下端，安装时插入管道内部，实现对水质的监测。传感器内部装设多个水质监测探头，不同的水质监测探头能检测相应的水质参数。在探头的中间还设置有搅拌器/发电机，能够在流量高峰时发电，同时在非高峰/无水流的时候产生水流，以此保证在感应器头的周围持续的水流。这种技术及选用的先进材料将有助于减少探头水垢污染，减少现场清洗维护次数，增强检测数据的准确性(见表1)。

图1 Intellisonde水质参数仪

表1 Intellisonde水质参数仪的监测范围

Intellisonde多参数在线水质监测记录仪的数据处理、存储和传输设备位于仪器顶端，通过主轴与传感器连接，轴内设有数据连接线。通过设置监测间隔和远传间隔可调至1 min～60 min一次，监测数据可选择存储平均值、最大值和最小值，若每5 min记录12种指标，则可存储3个月的数据。同时为每一种指标设置报警值，并通过传输设备实时发送。该仪器支持多种数据传输方式，如 GPRS，Modbus RTU，TCP/IP，RS232/485/，以太网等，易于实现数据的在线传输。

从表1中可以看出，该仪器的温度监测指标误差较大，原因是Intellisonde浊度监测采用散射光学原理，是成熟通用的方法。通过直插式监测，监测的是管道实际动态水力状况(流速和压力脉动)下的浊度，真实反映管网实际(管网中的浊度随着流速和管底沉积物扰动会有波动)。这种监测方法是引出式设备需要控流控压特殊条件下监测静止水体所做不到的。图2是两种设备管网实际监测中数据对比(离Intellisonde监测点约500 m的距离处有一个hach监测点，但监测的管道不同)。

为了检测Intellisonde浊度监测精度，将该设备放置于静止水体中，持续监测得到浊度数据，如图3所示。

2 应用实例

目前Intellisonde多参数在线水质监测记录仪在国外应用较多，水务公司或研究机构已经将该仪器应用于管网水质在线监测。如葡萄牙EPAL水务在一个子供水区域管网上策略性部署了4套Intellisonde，监测温度、pH值、浊度、余氯、总氯、电导率和氧化还原电位七个水质参数，监测间隔设置为15 min。该仪器还被美国环境保护署(EPA)选中，安装于俄亥俄州EPA测试中心的模拟管网中，用来评估它为供水管网由于自然因素或人为因素造成水质污染事故提供报警的性能。

图2 Intellisonde浊度数据与Hach浊度数据对比（2011年）

图3 Intellisonde在静止水体中的浊度检测（2009年）

Intellisonde在国内也取得了越来越多的应用，目前国内安装有约二十余台该仪器，主要应用于市政供水管网系统中，其中上海市南自来水公司在管网中安装了三台。该设备直接安装于供水管网直径600 mm的管道井内，可容纳一人在井内进行设备维护，井壁做防水处理。井盖采用塑料井盖，有利于信号传输(见图4)。设备采用了较高的防水等级，能在条件较差的情况下正常运行。