小型自来水厂水质监测质量控制及管理讨论

文／刘静 北京安菱水务科技有限公司 北京市 100124

引言：

水是人类生存的重要资源，同时也是人们生存的物质保障。随着人们生活水平的不断提高以及城市化进程的加快，在水资源用量不断增加的基础上，却造成较多的水污染[1]。现以某小型自来水厂的水质监测为例探讨水质监测的质量控制，为提高水质监测质量提供参考。

一、水厂概况

某小型自来水厂建设规模16000m3/d，该水厂原来监测水质时采用人工巡检的方式，不定期进行实验室检测，不能随时了解水质的具体情况。居民端时常出现色度、浊度等指标超标的情况，多见水质变化后水厂才了解水质的情况。

对此该自来水厂对水源水的水质进行检测，按照铂-钴标准比色法测定色度；按照电极法测定pH；按照福尔马林肼标准测定总硬度及浊度；按照滴定法测定氯化物；按照分光光度法测定氟化物、硝酸盐、铁、锰；按照平皿计数法测定细菌总数；按照滤膜法测定总大肠杆菌。测定结果见表1。

表1 水厂原水水质测定结果

分析表1数据可见该水厂的原水浊度、色度及微生物指标都高于限制，仅采用混凝-过滤-沉淀的工艺处理后无法满足要求，从而出现水质差的问题，具体表现为色度及浊度超标，这是造成居民对水质不满意的原因。

对此该水厂以原设备设施及净水工艺为基础，按照《生活饮用水卫生标准》对水质的规定，建设了1 座滤膜车间，分A，B 系列。超滤膜技术的应用从工艺方面提高了水质，同时应用在线监测系统来实时管理超滤膜工艺从而有效应对水质突变的发生，确保了饮用水的水质，为居民安全用水提供了保障。在线监测示意图见图1。

图1 水质在线监测图示

二、水质监测系统的应用

1、系统架构

监测中心和监测层是该在线监测系统的关键，系统架构见图2。监测层是由大量布置在各个水质监测点的水质监测控制单元和在线监测仪表构成，监测控制单元通过经传接口连接的大量在线监测仪表来实现连接，通过数据采集器接收采集的数据，数据经远程传输模块传输给监测中心。监测中心包括水质在线监测数据存储数据库及上位机在线监测软件，在线监测软件可以接收数据，数据分析、处理后在数据库中存储，监控软件可以调取水质监测数据并进行相应操作。

图2 在线监测系统架构

2、确定在线监测项目

从表1中的数据可以发现该自来水厂的原水水质情况大致较好，问题在于微生物的含量高及浊度超标，污染物的含量都达标，因此可以精简水质监测项目，侧重于微生物和浊度这两个指标。微生物的测定需要在实验室完成，不能现场检验，因此在线监测时对原水的水质进行监测。

供水工艺控制中，水的浊度是一个非常重要的指标。根据饮用水的浊度可以评估细菌超标情况，水的浊度越高则有机污染物越高，当浊度降低至0.1NTU 时则水中几乎没有有机物，致病微生物的含量也检测不到，原因在于水的浊度越高则对细菌的生长繁殖越有利，这时固体悬浮物的表面上大量附着营养物质而促进细菌的繁殖。原水高浊度会造成消毒剂杀灭微生物的效果降低，可造成水的需氧量及需氯量增加。除此以外浊度可以被肉眼直接感知。

在线监测系统除了实时监测水质以外，还可以实时反馈超滤膜工艺的运行参数。因此与超滤膜工艺的功能、原理相结合，还可以对出水量、跨膜压差、膜池液位进行实时监测[2]。

3、布置监测点

考虑到水厂所在地区的经济及技术发展程度，综合水厂供水实际情况，布置水质监测点时需要充分重视以下几点：（1）需要考虑到地形因素，要能方便安装、维护水质监测点；（2）所选择的监测点要具有代表性，这样才能在确保能尽可能采集水质信息的前提下合理减少监测设备的数量，控制经费；（3）供水时每个节点都存在水质污染的发生风险，一旦发生水质污染的情况，要求监测点可以及时发现数据的变化；（4）系统在长期的使用过程中，一些仪器设备发生异常情况是不可避免的，选择水质监测点时应当考虑到方便维修，这样才能为及时处理提供保障。

布置水的浊度监测点时，按照相关要求应当检验水源水、出厂水和管网末梢水的水质。考虑到该工程的实际情况，水源地与水厂之间存在较大的高差，且水来源于村上的水库，不具备安装仪表的条件，因此退一步在进水管的管路上布置对水源水的监测点；在出水管管道上布置出场水的监测点；管网末梢分布在居民的家里，不满足安装仪表的条件，除此以外考虑到出厂与管网末梢的距离并不远，几乎不会在较短的距离发生水质突变的情况，因此与实际情况相结合，管网末梢不布置在线监测点。

就布置出水流量监测点时，出水流量用于评估超滤膜膜池的出水情况，根据出水流量的测定结果可以对出水管道阀门进行调整从而调整出水流量。根据该参数的功能，应当在膜池出水管道布置监测点。

跨膜压差是水通过超滤膜时所降低的压力，该参数用于评估超滤膜的污染情况，当跨膜压差增高时说明膜的污染程度增加。根据这一参数的功能，应当在超滤膜池前后布置监测点来监测进水压力和透过水的压力。

膜池液位用于判断出水阀、进水阀的开闭从而调整补水及掺水，根据该参数的功能，应当在膜池底部布置监测点从而监测水体的深度。

4、监测基站

监测基站用于监测、传输数据，其工作流程见图3。

图3 监测基站工作流程

4.1 采集单元

水样采集单元主要是对在线浊度仪负责，按照监测点的布置，将浊度仪布置在原水进水管段和出水管段。从进水、出水管段中引出PVC 管道用于提供水样以供监测。经过检测的水样不能重复利用，因此需要设置阀门来控制进液量从而减少浪费、限制取水量。

4.2 在线监测仪表

在线监测仪表使用测量元件接触水样后将检测信号转变为标准信号后经传送、放大后传输给控制器。在线监测仪表的应用可以对各项工艺参数进行监测、根据参数可以自动调整药剂用量及水泵机组运行、仪表具备动态监测及报警功能，当检测结果超标时可自动报警从而方便管理人员处理，除此以外还可以降低工作人员的劳动强度。

在膜池进水管路上布置原水在线浊度仪从而动态监测原水的浊度。在膜池出水管路上、清水池前布置出水在线浊度仪来动态监测超滤膜池的出水浊度，从而让管理人员能直接观察净水效果。在膜池的外底部布置压力变送器，将底部水压力换算为膜池液位从而实时监测膜池液位。在超滤膜池前后布置压力传感器用来测定楷模压差。膜组出水流量计采用智能电磁流量计，将其安装在膜池出水管路中来动态监测膜池产水量。虹吸产生的压力差是膜池的产水动力来源，管理人员可根据实际监测结果来对管路阀门进行调整从而控制出水量，采用PLC 来采集流量变化数据并将数据在触控屏上实时显示[3]。

4.3 数据传输单元

数据传输单元负责将在线监测仪器所测得的数据传输至监测中心，其具备传输模块，可经接口将不同来源的在线监测数据导入现场控制系统并编码打包，经网络协议传输至管理平台。管理人员登录网络后可观察在线监测数据从而了解工艺参数及水质参数，从而为动态调整参数提供支持，为水质提供保障。

4.3.1 传输手段的确定

选择传输手段时，当前可用的数据传输手段包括电话线拨号、ADSL 传输、GSM、SMS 及GPRS 传输等。GPRS 是当前应用广泛的数据传输手段，其特点在于：（1）适用性强：当前GPRS 网络在我国广泛覆盖，可以满足乡镇、山区等地区的接入需求；（2）成本低：使用GPRS 平台无需特意建设网络，安装设备即可，设备成本低；通讯费用按照数据通讯流量计算，通信成本低；（3）实时性强：GPRS实时在线，数据传输的延迟小，可满足系统实时采集、传输数据的要求。该水厂位置偏远，选择传输手段时需要充分考虑到稳定性、速度、建设成本及运营成本，因此综合考虑多方面因素后决定应用GPRS 来无线传输数据。

4.3.2 硬件选择

确定数据传输手段后硬件模块也随之确定，该工程采用GPRS 传输模块。选择高质量、用户反馈好的传输硬件。该模块与现场PLC 构成数据传输单元。

4.3.3 远程测控终端

远程测控终端用于监视、控制现场设备及采集数据。该工程采用PLC+IPC 的方式，采用PLC 控制数据采集模块、监控现场设备并传输数据，通过IPC 来建立、维护数据库从而储存所采集的数据，之后经数据传输模块将数据传输给监测中心。

4.3.4 基站管理单元

基站管理单元用于监测系统状态和数据，自动控制基站分析仪器。用于动态查询监测数据和仪器状态，对基站的反冲洗泵、空压机及抽水泵等运行设施进行控制从而确保系统正常运行；经通讯方式连接监测中心，从而实时传输数据。基站管理单元的功能包括报警查询、数据查询、设备控制、仪器控制、设置参数及系统控制等。

该工程通过在现场控制柜中安装的触控屏来实现管理功能。触控屏连接现场PLC，可以控制现场设备，显示在线监测仪表监测数据、设备运行情况及工艺流程等，还对先生设备运行进行管理。当发生突发事件时，触控屏上可显示报警信息从而方便管理人员迅速定位故障并排除。

5、监测中心

监测中心用于接收监测数据和设备数据、建立和管理数据库。管理人员在监测中心可经PC 机了解设备运行参数和水质监测数据，从而远程把握基站工作情况。通过查询数据库可查阅既往水质监测数据，从而为预警水质污染事故、掌握水质情况提供依据。还可以经上位机软件远程控制现场监测基站的设备开关、运行参数等。

该监测中心采用网络信息管理系统，为大型web平台，管理人员登录管理员账号和密码后可进行操作。系统采用用户分组管理的模式，不同账户的权限不同。系统支持移动端、PC 端登录的方式从而方便管理人员实时查看监测数据。管理员登录认证系统后可查看管道动态、报警信息、在线监测数据、自动操作变量、手动操作变量等，当发生突发事件后可通过远程设置参数来设置超滤膜系统的参数进而确保系统得以正常工作。

三、水质监测系统的管理措施

现实操作时与超滤膜工艺相配套的水质在线监测系统应用较少，管理人员对系统维护存在一定不足，对此需要重视采取相关管理措施来加大对系统的维护管理力度。

1、完善规章制度的建设

要建立水质检测的规章制度，就值班制度上，自来水厂应实时轮流值班的制度，实施责任人制度，管理人员值班时应增强责任意识。编写水质在线监测系统突发状况时的处理章程，将其在监测基站站房内张贴，开展对管理人员的培训从而提高突发事件时处理的规范性。建立关于超滤膜系统运行的维护操作规程，对水厂工作人员发放。

2、加强人员培训

管理人员需要具有较高的技能，要开展对管理人员的专业培训，实施持证上岗制度，确保其开展工作时能严格按照说明书及操作规程规范操作。该水厂规模较小，管理人员仅有2名，文化程度不高，这制约了其对一些操作的理解，不能理解一些设备上的英文，不能熟练阅读说明书。应加强对水厂管理人员的培训，加强与仪器厂家的交流沟通，从而解决人员不熟练的问题。

3、加强巡查

管理人员应当每日开展对水厂的巡查，对监测数据进行检查，动态跟踪设备的运行情况。巡查时应当重视运行过程中的问题高发环节，如注意检查输水管段是否存在漏液、仪表监测数据是否准确等。除了每日巡查以外，还要登录管理系统来实时了解系统运行情况。

4、报警信息的处理

该水厂工作人员需要重点学习工艺流程相关知识，学习报警信息的原因，学习突发事件时的应急处理措施。当发生突发事件时要能及时处理，待妥善处理后及时上报相关情况，得到上级部门的反馈后开展下一步工作。当出现水质突变时，除了上报以外还需要及时对水质取样备用。

5、加强对仪表精度的校核

定期校正仪表从而确保仪器仪表的精度。校正仪表时按照厂家操作规程，使用标准校正液按照步骤操作。该水厂工作人员既往没有接触过此类检测仪表，且在线监测仪表校正较为繁琐，因此水厂应当加强与仪表厂家售后人员的联系，由专业人员按照规定周期到厂开展维护。

结语：

现如今国民用水量在持续增加，人均用水量开始爆发。工业系统的发展，导致很多地区水质深受污染与影响，无法保障质量。为了让人们能够健康生活，有必要做好水质管理与检测工作。