水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)在新城水庫泵站的應(yīng)用

韓曉燕

摘 要：介紹了淄博市引黃供水有限公司為監(jiān)測原水水質(zhì)變化，保證凈水工藝平穩(wěn)運(yùn)行，在新城水庫泵站安裝水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的必要性，及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝后系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)管理；水質(zhì)監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)；泵站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.230

1 概述

淄博市引黃供水工程是解決淄博市水資源短缺而建設(shè)的一項(xiàng)大型城市基礎(chǔ)設(shè)施，工程是從黃河及南水北調(diào)東線引水，經(jīng)凈化處理后，將凈水輸送至各用戶的工程。新城水庫泵站隸屬于淄博市引黃供水有限公司，是向凈水廠輸送原水，給新城水庫補(bǔ)水的取水泵站，是引黃供水系統(tǒng)的咽喉部位。泵站原水主要取自黃河水、調(diào)蓄水庫水及部分南水北調(diào)長江水，在引水、蓄水、供水過程中由于種種原因，使原水水質(zhì)存在諸多不確定因素，有二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。原水水質(zhì)是保證飲用水安全的先決條件，對原水水質(zhì)進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測和對水體污染的預(yù)警跟蹤，是確保原水水質(zhì)安全的重要和有效手段。水質(zhì)監(jiān)測在線儀表主要是對水體中的化學(xué)物質(zhì)、懸浮物和水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)檢測，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并上傳分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常變化提前預(yù)警，讓我們及早做出判斷和處理。

2 安裝、配備在線監(jiān)測儀表的必要性

（1）原水指標(biāo)的人工檢測，檢測次數(shù)再多也只能是“點(diǎn)”，代表不了“面”的情況，對于許多突發(fā)水質(zhì)事故、事件，人工檢測顯得時(shí)間滯后、檢測時(shí)間長、反饋慢，不能及時(shí)報(bào)警，不能給我們留出充分時(shí)間采取有效措施，給水質(zhì)管理造成被動(dòng)局面，易造成對凈水工藝的沖擊，影響公司成品水水質(zhì)。

（2）在線儀表數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)情況的動(dòng)態(tài)顯示和水質(zhì)突變的提前預(yù)警。通過曲線畫面，讓我們?nèi)菀渍莆账|(zhì)情況因?yàn)樵N類、季節(jié)不同的變化趨勢，能夠提前通過趨勢做好防范準(zhǔn)備和應(yīng)急處理。

（3）在線儀表的設(shè)置能夠大大減少二次污染對公司供水造成的影響。二次污染具體體現(xiàn)在引水、蓄水、凈水、配水各個(gè)環(huán)節(jié)之中。從劉春家引黃閘至新城水庫泵站是一段30km的無封閉渠道，所有原水都是通過此段渠道引來，很容易因?yàn)槔鴥A倒、污水排放、農(nóng)藥化工污染等等人為因素造成二次污染。

新城水庫泵站建有粉末活性炭和高錳酸鉀藥物投加車間，一旦發(fā)現(xiàn)原水污染，可立即投放藥物，使原水和藥物混合，約半小時(shí)至凈水廠，大大減輕凈水工藝的負(fù)擔(dān)。經(jīng)過多年實(shí)踐，在新城水庫泵站投放藥物效果最好。

3 系統(tǒng)概況

水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)以在線自動(dòng)分析儀器為核心，運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)，組成一個(gè)從水樣采集、水樣預(yù)處理、水樣測量到數(shù)據(jù)處理及存儲的綜合性系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站的在線自動(dòng)運(yùn)行。

3.1 采水單元

本系統(tǒng)采樣水源來自新城線向凈水廠供水總出水管，在總出水管上開孔，開孔處裝有球閥，便于以后系統(tǒng)維護(hù)，通過?25mmPE管連接至水質(zhì)站房內(nèi)，室外水管埋于地面以下50cm深，防止冬天水管結(jié)冰。

3.2 配水單元

在水質(zhì)監(jiān)測站房控制柜內(nèi)設(shè)有一臺水箱，原水通過采水管路送至水箱內(nèi)，通過水箱內(nèi)的水位傳感器來實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)控制，水箱內(nèi)安裝常規(guī)五參數(shù)探頭，檢測溫度、PH、氨氮、溶氧、電導(dǎo)率；還裝有高錳酸鉀（COD）、濁度、葉綠素探頭，在線毒性監(jiān)測儀采樣水通過蠕動(dòng)泵從水箱內(nèi)抽水進(jìn)行檢測。水箱底部有排水孔，側(cè)面有溢水口，防止水箱水位溢出。采配水通過PLC控制系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)無人值守。

3.3 PLC控制系統(tǒng)

水質(zhì)監(jiān)測站房內(nèi)設(shè)有一面PLC控制柜，裝有施耐德M340PLC，通過預(yù)先編寫的用戶程序?qū)崿F(xiàn)采配水以及水質(zhì)分析儀器設(shè)備的自動(dòng)控制；配置一臺串口服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集；配有一臺超靜音氣泵，來控制氣動(dòng)閥打開和關(guān)閉，同時(shí)采用壓縮空氣自動(dòng)清洗水質(zhì)檢測探頭，減少人工維護(hù)量。

系統(tǒng)控制流程：

上位機(jī)發(fā)送系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)命令（零點(diǎn)）→1#氣動(dòng)閥打開（原水流入水箱，大約需10分鐘，水箱液位達(dá)到20cm；溫度、PH、氨氮、溶氧、電導(dǎo)率、高錳酸鉀（COD）、濁度開始實(shí)時(shí)檢測）→1#氣動(dòng)閥關(guān)閉→原水沉淀30分鐘→40分鐘時(shí)，開始葉綠素、毒性檢測（蠕動(dòng)泵開始工作，從水箱抽原水，同時(shí)從取自來水樣）→1時(shí)10分，檢測系統(tǒng)結(jié)束→2#氣動(dòng)閥打開（將原水排出，排水需30分鐘）水箱水位約4cm→1時(shí)45分，3#氣動(dòng)閥打開（向水箱注入自來水，清洗水箱及探頭，大約需10分鐘，水箱液位達(dá)到20cm）→3#氣動(dòng)閥停止→2時(shí)10分，2#氣動(dòng)閥打開，排掉水箱內(nèi)自來水，需30分鐘）→3時(shí)，一個(gè)工作周期完成，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作周期。

3.4 水質(zhì)在線監(jiān)測主要設(shè)備

本系統(tǒng)以在線自動(dòng)化生物（發(fā)光菌）毒性檢測儀、在線紫外——可見光譜儀、在線葉綠素檢測儀設(shè)備為主體，可以檢測生物毒性、溫度、PH、氨氮、溶氧、電導(dǎo)率、高錳酸鉀（COD）、濁度、葉綠素九項(xiàng)指標(biāo)。

（1）在線生物毒性檢測儀：Itox-control 是利用發(fā)光菌作為生物檢測器，通過測定光損失來判斷水中的污染物的毒性大小。該方法能夠在30分鐘內(nèi)，對很大范圍內(nèi)的毒性物及廣泛類別的化學(xué)藥劑反應(yīng)敏感，包括金屬、殺蟲劑、殺真菌劑、氯溶物質(zhì)、工業(yè)化學(xué)藥劑、有機(jī)毒物及相關(guān)物質(zhì)。簡單地講，就是使用一種叫做費(fèi)希爾弧菌的發(fā)生細(xì)菌，這種細(xì)菌在進(jìn)行新陳代謝時(shí)會(huì)發(fā)出光，若正常代謝被抑制，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度減弱。毒物能抑制甚至阻止正常代謝，毒性越強(qiáng)，對細(xì)菌的抑制作用就越強(qiáng)，發(fā)光被抑制的越厲害，水樣中的毒性物質(zhì)會(huì)影響發(fā)光菌的新陳代謝，發(fā)光強(qiáng)度的減弱與樣品中毒性物質(zhì)的濃度成正比，對5000余種不同類型的化學(xué)物質(zhì)具有敏感效應(yīng)。它能夠適時(shí)在線監(jiān)測水質(zhì)綜合毒性變化，快速判斷是否發(fā)生污染事故，污染程度如何等問題。此儀器需嚴(yán)格按照維護(hù)周期進(jìn)行，清洗模塊、更換發(fā)光菌種和培養(yǎng)液。

（2）在線紫外——可見光譜儀：UV-VIS在線紫外-可見光譜分析儀是世界上第一個(gè)，也是唯一一個(gè)可以在液體介質(zhì)中直接進(jìn)行連續(xù)光譜測量（200nm-750nm波段）的水質(zhì)分析儀器。它可以根據(jù)不同的化學(xué)物質(zhì)對不沒波長的吸收強(qiáng)度不同，同時(shí)測量溫度、PH、氨氮、溶氧、電導(dǎo)率、高錳酸鉀（COD）、濁度等多項(xiàng)指標(biāo)，并具備污染物報(bào)警的強(qiáng)大功能；它可對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行吸收譜分析，通過分析吸收譜的變化，可以衡量水質(zhì)的變化，來確定辨別是哪類物質(zhì)造成的水體污染。因黃河原水濁度較高，會(huì)影響儀器探頭氙燈發(fā)射光的強(qiáng)度，需要人工定期清洗，定期和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，屬于“即插即測”設(shè)備，無試劑耗材，費(fèi)用低。

（3）在線葉綠素測定儀：bbe在線藻類分析儀是一種能夠檢測藍(lán)藻法綠素濃度及總?cè)~綠素濃度，基于藻類細(xì)胞中的自然熒光，由高頻的三色LED光源所激發(fā)出響應(yīng)藻類發(fā)出的紅光，利用光的密度可以區(qū)別不同的藻類，例如藍(lán)藻和總的微藻。它測定的是葉綠素濃度，可以根據(jù)每個(gè)種藻類等級分別設(shè)置計(jì)算細(xì)胞數(shù)的系數(shù)。葉綠素濃度可以在線快速反應(yīng)因季節(jié)不同，藻類可能爆發(fā)的情況。

4 結(jié)束語

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)于2015年9月在新城水庫泵站安裝并投入使用，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與存儲、水質(zhì)數(shù)據(jù)超標(biāo)自動(dòng)彈出報(bào)警，隨時(shí)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)和歷史趨勢曲線，分析水質(zhì)變化情況。經(jīng)過幾年的運(yùn)行，整體系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，為引黃供水系統(tǒng)源頭水質(zhì)提供了可靠保障，也為后續(xù)凈化處理工藝調(diào)整提供了準(zhǔn)確及時(shí)的水質(zhì)參數(shù)，有力的推動(dòng)了公司水質(zhì)管理和運(yùn)行水平的進(jìn)一步提高。