城市饮用水源水质在线监测系统的建设

廖世忠

（德阳市自来水公司水质监测中心四川德阳618000）

城市饮用水源水质在线监测系统的建设

廖世忠

（德阳市自来水公司水质监测中心四川德阳618000）

近几年，城市饮用水源水质问题日益严峻，水质在线监测技术得到广泛关注。本文以德阳市饮用水源水质在线监测系统为例，详细介绍水质在线监测系统各组成部分的建设内容和设计思路，为我省城市饮用水源水质在线监测系统的建设提供参考。

水源水质；水质安全；在线监测系统；建设

城市饮用水源水质在线监测是各个供水企业进行水质管理的基础和技术支持，水质在线监测是饮用水源地实时动态监控污染物质唯一可行的技术手段，其重要性是不言而喻的。德阳市是一个饮用水源单一的缺水城市，饮用水源主要是以都江堰人民渠农灌水为主。随季节的变化，该水源水质主要呈现为丰水期高浊度，枯水期高有机物的水质特征。此外，都江堰人民渠部分渠段经过农村居民生活区，生活污水和垃圾极易进入渠道，对水质安全造成了很大的威胁。因此，建立水质在线监测系统，可实现对水源水质进行动态监控，对保障城市饮用水安全具有重要作用。

1 水质在线监测系统的构成

水质在线监测系统是一个以水质管理与预警为目标，以提供及时、准确的水质检测结果为主要目的，利用自动控制和计算机技术，组成一个从采样、水样预处理、水样分析、检测数据处理、存贮和传输的完整系统。饮用水源在线监测系统主要由饮用水源在线监测站房、水质采样系统（包含采水系统、配水系统及PLC控制系统）、饮用水源在线监测仪器、数据采集传输仪及无线传输设备组成。这些分系统既各成体系，又相互协作，保证整个水质在线监测系统的连续可靠运行。

2 水质在线监测系统建设内容

2.1 站房系统建设

站房为在线监测设备的正常工作及正常通讯提供环境场所。站房内部主要由机柜、相应的监测及控制设备、工作台等组成。

站房的具体要求如下：（1）站房环境要求：房内装有空调和除湿机，要求室温保持在10℃至35℃、相对湿度75%以下。（2）给排水：自来水管道接入，站房内安装地漏。（3）防雷：设接地电阻，电阻1Ω。（4）供电：引入220V、频率50Hz交流电，总功率为5kW。（5）防火：站房内设碳酸氢钠干粉灭火器一只放于进门口处明显位置。（6）选址：站房选址应考虑采集水样具有代表性，采样管路越短越好。

2.2 采水系统建设

2.2.1 采水方式

为确保连续稳定地完成采水任务，系统配备双泵双管，两泵一用一备或交替使用。采水系统采用连续和间歇式可调的两种取水方式工作。（1）采水管路采用U-PVC材质，其化学性能稳定、耐压、耐腐蚀、抗老化。在取样头前端外加较粗的过滤网，采水管路前端配备减压阀，后端配备球阀，以便流量和压力的调节，可起到防淤、防压等作用。（2）在采水系统中采用活接及便于拆卸的装置，以便于日常清洗和维护。同时系统还设计了清水加空气的清洗反吹方式定期对采水管路进行清洗，可有效减少采水系统被泥沙或藻类堵塞的现象。（3）对于室外的采水管路，采用直埋并在其外套DN50镀锌钢管作为保护管的方式暗敷。（4）在每次测量分析结束后，系统将采用空气对管道进行反吹，保证管道内不存水样。在站房进水处，安装压力表和流量检测开关以实时显示进口压力，并通过流量显示采水状态。（5）采水系统应加装提升装置，便于采样泵的提升与安装，同时方便进行人工的日常清洗和维护。

2.2.2 采水泵

采水泵是整个采水系统的核心部件，它的主要作用是将需要监测的水样采传输到后续的预处理和配水单元。⑴考虑采样点到站房的距离、地形的实际情况，为保证进入站房的水压、流速和流量满足整个系统所有监测设备仪器的分析要求，本系统选择自吸泵。⑵整个采水系统采用两套进水管路和水泵并联交替采水，不仅满足连续监测的要求而且当一路出现故障时，仍能保持在另一路正常工作。

2.3 配水系统建设

2.3.1 配水方式

结合现场实际情况，整个系统采用主进水管路串联，检测设备并联取样的方式进行配水，任何设备出现问题都不会影响其它设备工作。（1）主进样管路由电动球阀控制，而仪器进样则通过进样管处的阀门来控制，每台分析仪器前端安装转子流量计及调节阀，可调节仪器供样流量与压力，保证系统正常稳定运行。（2）综合毒性和重金属分析仪的测量水样先经过初沉后再通过膜过滤进入分析设备进行测量；总磷、总氮设备的测量水样经过初沉后直接进入分析仪表；COD、浊度分析仪直接测量。

2.3.2 预处理系统

预处理主要目的是去除水中的杂质，防止杂质阻塞设备管路、损坏仪器设备和减少杂质对测量产生影响。预处理系统管路采用优质硬质PVC管材，整个系统具有远程采水、多级过滤等功能，能为不同分析设备提供所需要的水样。（1）水样的预处理采用非拦截式过滤方式。不仅要消除影响设备分析的干扰，还要不能让水样失去代表性。（2）本系统采用初级沉淀和膜过滤相结合的方法，水样经初沉后，通过自然沉降，消除了其中较大的杂物，一部分水样经初沉淀后直接进入设备，一部分水样经初沉淀后再经膜过滤进入分析设备。

2.3.3 系统清洗

为保证整个系统管路通畅，采、配水系统需要对系统管路进行自动清洗、空气反吹等维护操作。⑴当系统处于长时间运行状态下，管路会沉积大量的泥沙和藻类，如不及时清理就会影响管道的流量和污染样品水质。为减少这些对系统的影响，系统会在设备测量的间歇期执行自动清洗程序。本系统所使用的清水均采用自来水，并结合实际情况及时调整清洗所需的水量和水压。⑵基本组成。整个清洗系统主要由增压泵、电动球阀、电磁阀、空压机、压力开关、压力传感器等组成。

2.4 辅助系统建设

为了有效保障系统在停电后的应急运行和避免外部电源扰动或浪涌，系统配置了不间断电源（UPS）供电系统，保证测控系统传感器和测控设备以及数据的存贮及传输在断电后的应急运行。（1）本系统采用在线式UPS做到不间断供电。（2）安装电源总开关和漏电保护开关，电源电路供电平稳，不能经常停电。（3）站房应配备总配电箱，箱中应有电表及空气总开关。应在总配电箱处进行重复接地；并应在此考虑电源防雷措施。（4）电源线接入方式应符合相关的国家标准。

2.5 水质分析系统

2.5.1 监测项目选择

针对德阳市水源水质特征，综合考虑水厂日常应急管理的需要，选择以下11个监测项目作为水源水质监测指标，即浊度、COD、氨氮、综合毒性、重金属（砷、镉、汞、铅）、六价铬、总磷、总氮。

2.5.2 监测设备功能

在线监测设备应具有如下功能：数据自动存储，自动量程转换，遥控、标准输出接口和数字显示，自动清洗、状态自检和报警功能，干运转和断电保护，来电自动恢复，氨氮、总磷、总氮等设备应具有自动标定校正功能。

2.5.3 监测设备技术要求

水质在线监测设备是在线监测系统的基础，根据水源水质在线监测项目，结合水厂实际情况，本系统采用了7台技术先进的进口设备，设备的技术参数见表1。

表1 在线监测设备技术参数

2.6 控制系统建设主要功能

水质在线监测控制系统主要是由现场工控机、PLC和现场监控操作软件组成，整个控制流程见图1。

图1 控制系统流程

2.6.1 控制软件要包含系统管路图及实时状态显示，仪器状态及实时数据显示，数据查询/导出/自动备份功能，参数设置功能，报警信息显示，，操作提示功能，系统及仪器历史运行状态功能等。

2.6.2 可远程设置和远程采集监测站仪器设备的工作状态参数，对采样、清洗、仪器设备的工作状态等工作按上述的要求进行检测及控制。

通过本系统可实现现场同水厂远程控制中心的通信，控制采样、设置监测频率、采样间隔等；远程控制仪表校准；按照组态数据的要求对数据进行现场模拟图、运行控制状态组、数据列表等监视；可对监视的数据进行报警定义，可设高限报警、低限报警等，并记录报警时间，形成报警报表。同时，对通讯故障进行管理及分析，为恢复异常通讯提供分析依据。

3 结语

选用11项监测指标代表人民渠水源水质，建立了德阳市饮用水源水质在线监测系统。运行期间整个系统稳定、监测数据真实可靠、系统功能齐全，通过对运行期间监测数据的统计分析，掌握了水源水质变化的规律，针对德阳市水源水质特点，水厂现已经形成了相应的应急处理预案，大大提高了水厂水质应急处理的能力，确保饮用水安全。

[1]袁永钦,匡科,沈军.广州市西江引水工程水质预警系统研究与实践[J].中国给水排水,2011,27(6):1-6.

[2]张锡辉,郑振华,欧阳二明,吕洪刚.水源水质在线监测预警系统的建设[J].中国给水排水,2005,11:14-17.