基于物聯網技術的中央供水系統實現水質管理與提高的研究

摘要：醫療用水的管理對醫院的基礎設施建設至關重要，因其質量安全直接影響醫院對患者的診療效果。本文以某醫院醫療用水管理系統為例，通過研究分析該醫院醫療用水的現狀、標準以及各科室的實際用水需求，利用物聯網技術對其進行改造，建立中央分質供水系統，以提高醫療用水質量管理水平。根據醫療用水標準和供水需求設定管理目標，并通過數據采集、實時監測和數據分析等手段對水處理系統進行監控，確保醫療用水的水質能夠滿足各臨床科室的用水標準。希望本文的研究可為醫院打造安全有效的醫療環境提供有益借鑒，并為醫療用水的處理、控制和管理提供有價值的參考。

關鍵詞：中央水處理系統；物聯網技術；遠程監控；醫療用水

一、引言

在新醫改的背景下，醫療衛生事業迅速發展，醫院擴建和整改工作也日益深入。作為醫院建設的重要組成部分，基礎硬件設施在其中扮演著重要的角色。水作為醫院建設的“血液”，對醫院的正常運行有著至關重要的作用。盡管自來水經過配水泵站的輸送[1]，并經過相應的過濾消毒處理，但仍無法滿足醫院各類特殊場景的使用需求。隨著院內感染質控要求的提高，自來水需要經過嚴格的水處理，以達到醫療用水的標準，滿足臨床科室治療用水、器械終末消毒用水、實驗用水及藥劑配制用水等的需求。

近年來，國內外關于醫療用水質量的研究報道指出，輸送水的管道往往容易滋生大量細菌，如銅綠假單胞菌、非結核分枝桿菌、軍團菌等水源性致病菌，形成致密的細菌生物膜，成為醫院感染的源頭之一。因此，加強醫療用水的衛生管理對于醫院建設、醫療安全、醫院院感管理等各方面工作的有序、高效開展具有顯著的意義。通過建立基于物聯網技術的中央制水分質供水系統、遠程監控和數據分析，實現對醫療用水的實時監測，既高效節能，同時又能保證水質達到各類用水標準，對醫院發展具有重要的意義?；诖?，本文提出了基于物聯網技術的中央制水分質供水系統，并通過遠程監控和數據分析實現對醫療用水的實時監測。該系統具備高效、節能、環保的特點，同時能夠確保水質達到各類用水標準。這對于醫院的發展具有重要意義，既能夠提升醫院的建設水平和醫療安全水平，還能提高院內感染管理的效率和質量。

二、醫院用水現狀分析

目前，醫療用水主要用于血液透析用水，手術刷手，器械洗滌、沖洗、滅菌用水，檢驗用水等方面，水質安全和管理十分關鍵。醫院應根據實際需求制定相應的管理方案，并采取科學合理的管理方式，以確保醫療用水的質量安全。

（一）各臨床科室用水標準

醫療用水主要應用場景如下：血液透析治療用水、分析實驗室用水、口腔科治療用水、各種濕化水，內鏡器械沖（清）洗用水、消毒供應室的器械（具）沖洗及滅菌用水、外科洗手（衛生洗手）用水等。在水質方面，要求微生物指標必須達到相關衛生標準。

（二）各臨床科室用水水質現狀

近年來，國內外相關醫療機構的內鏡室消毒用水、血液透析用水、口腔科醫療用水等用水質量均有不達標現象[1]，因此，加強醫療用水管理，實時監測數據，定期更換水處理系統耗材，以確保醫療用水符合相關標準至關重要。

以下是某醫院院感管理部門在2021年依據WS/T367-2012《醫療機構消毒技術規范》、GB15982-2012《醫院消毒衛生標準》、GB5749-2022《生活飲用水衛生標準》、GB/T6682-2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》等文件，對血液透析室、消化內鏡科、內鏡外科、手術麻醉中心、口腔科等科室取樣25份進行檢測，并邀請第三方檢驗機構對消化內鏡終末漂洗用水采樣14份作為對照組進行檢驗。結果顯示，醫院醫療用水的菌落數超過了用水標準，污染率較高。因此，管理部門對醫院的用水系統進行了清洗消毒，包括儲水池和管道。

（三）科室用水現狀及解決方案

目前，對某醫院用水情況進行調研發現，消毒供應室、消化內鏡科、檢驗科等科室用水是單科室分體式供水系統，設備已經使用超過10年，零配件老舊。隨著科室規模的不斷擴大，手術器械的消毒標準要求越來越高，現有供水量和水質已經不能滿足臨床需求。

三、物聯網與中央分質供水系統

為解決醫院整體醫療用水的安全供應問題，某醫院基于中央分質供水模式和單科室分體式供水模式的優缺點分析，決定對其醫療用水系統進行物聯網中央分質供水改造。

（一）“物聯網+中央分質供水”系統的概述

中央分質供水系統在制備醫療用水的過程中，對自來水經預處理水系統、一級反滲透、二級反滲透、后處理系統等過程，實現廢水再利用，使原水的利用率達到90%。這種系統不僅能夠節能減排，降低投資和運行成本，還能提升對醫院設備的管理水平和效率，美化環境，減少噪聲，提高醫院建筑利用率等。

基于物聯網的中央分質供水系統通過智能網關實現互聯網通信協議和PLC專用協議的轉換。管理人員通過PC端或手機端可以實時監控水處理設備的運行狀況、操作信息、故障信息、報警信息、科室用水情況和用水量，以及歷史數據等多項統計分析數據。這些數據可以為系統控制運行、配件和耗材質量評估提供重要依據。通過根據反饋信息來控制水操作處理系統運行，“物聯網+中央分質供水”系統能夠實現對自來水的深度處理，并根據各科室的用水標準進行分質供水。同時，該系統能夠實現節能、環保、減排等目標，降低系統運行成本的同時，保障醫院對醫療用水的需求。

（二）工藝流程

以某醫院為例，中央分質供水系統采用雙套設計，一用一備，任意一套設備可單獨運行并自行切換。該系統基于物聯網技術，按照各科室用水標準統一規劃、集中處理、分質供應和智能管理，能夠同時滿足血液透析治療用水、分析實驗室用水、口腔科治療用水、軟式內鏡器械沖（清）洗用水、消毒供應室的器械（具）沖洗及滅菌用水、外科洗手（衛生洗手）用水等需求，確保用水安全。

系統由預處理系統、反滲透系統、濃水回收系統、超純水系統、后處理滅菌消毒系統、管道輸送系統、物聯網和中央分質控制系統組成。

器械沖洗及滅菌用水：經預處理，精密過濾器，一級反滲透、二級反滲透、后處理系統滅菌消毒后供消毒供應室使用；軟式內鏡器械沖（清）洗用水：經預處理，精密過濾器，一級反滲透、后處理系統滅菌消毒后供各軟式內鏡使用科室消毒使用；

檢驗用水：經預處理，精密過濾器，一級反滲透、二級反滲透、三級EDI膜堆、后處理系統滅菌消毒后供應檢驗科使用；

沖洗用水：經預處理，精密過濾器消毒處理后供清洗用水使用科室使用。

1.預處理系統

預處理系統由原水箱、原水增壓泵、應急節水系統、石英砂過濾器、活性炭過濾器、軟化器、精密過濾器組成，這些設備的協同作用可以確保自來水滿足中央供水設備整機運行時的進水要求，并且出水質量滿足RO膜進水要求。

2.反滲透系統

反滲透系統是由一級反滲透系統和二級反滲透系統組成，包括高壓泵、反滲透膜組件、反滲透水箱、變頻供水機組、終端精密過濾器、紫外線消毒系統和清洗過濾系統等設備。該系統主要功能是去除水中溶解性物質（如重金屬離子、無機鹽、硬度物質等）、有機物質（如有機溶劑、農藥殘留、藥物殘留等）和微生物等有害物質，以滿足臨床用水的需求。

3.濃水回收系統

濃水回收系統由濃水箱、濃水供水機組和自動消毒系統組成。在一級反滲透運行過程中，產生的濃水占總產水量的25%。濃水回收系統的主要目的是將這部分濃水回收利用，以實現節能、提高系統的水利用率、降低水消耗的目的?；厥盏臐馑捎糜谝韵?個方面：

醫院綠化澆灌：濃水可以用于澆灌醫院內的綠化植物，減少對自來水的需求，節約水資源。

清潔地板、馬桶用水：濃水可以用于清潔醫院內的地板和馬桶，用于日常清潔工作，減少自來水的使用量。

消防用水：濃水可以作為消防用水的補充，用于滅火和其它應急情況，提高消防水源的供給能力。

經消毒后供給各手術間刷手等：回收的濃水經過自動消毒系統處理后，可以用于供給各個手術間的刷手消毒，確保手術間的衛生安全。

4.超純水系統

超純水系統由高壓泵、精密過濾器、EDI組件（或拋光柱DI組件）、超純水箱、變頻供水機組等設備組成，通過電子交換技術和電滲析技術，在電場作用下實現水中離子定向遷移，對水進行深度凈化除鹽，達到分析實驗室用水的水質要求。

5.后處理滅菌消毒系統

后處理滅菌消毒系統由終端精密過濾器、紫外線消毒和臭氧消毒等設備組成，主要實現對產品水的滅菌消毒，滿足終端用水點對微生物的管控標準。

6.管道輸送系統

管道輸送系統由管道、閥門、輸送裝置和控制系統等組成，該系統通過管道網絡將水源連接到處理系統，確保原水的穩定供應。閥門用于控制和調節水流，確保水的正常輸送和停止。輸送裝置可以根據需要使用不同的輸送方式，如泵、壓力系統等，以保證水的順暢輸送?？刂葡到y用于自動控制和監測水泵運行，它主要由水泵傳感器、控制器和相關設備組成，旨在實現對水泵的啟停、調節和保護，以確保水泵的安全、高效運行。

7.應急節水系統

應急節水系統結合物聯化管控，利用水質監控及傳感數據，有效控制不符合原水水質要求的水進入預處理系統，降低對預處理系統的污染及堵塞，減少反沖洗廢水流量，并實現遠程在線監測、管理、控制，系統化制定應急預案，實現如下功能：（1）渾水的處理；（2）自來水停水應急處理；（3）自然災害應急處理等。

（三）物聯網網絡構建

通過智能傳感器，可以實時采集原水的PH值、余氯、TDS值[1]，一級水的TDS、pH值、電導率，二級水的PH值、電導率，三級水的電阻率值。同時，還可以采集各級產水總流量和各級泵前后壓力等數據，這些數據將被傳輸到中央處理器PLC進行處理，并實時反饋至云平臺數據庫進行進一步處理。使用人員可以通過PC端和手機端進行監控和訪問。該系統實現了供用水管理的可視化、信息化和智能化。通過實時監測和采集的數據，使用人員可以遠程監控供水系統的運行狀態和水質情況，隨時隨地獲取供水系統的實時數據和運行狀態；同時，系統還可以根據預設的條件和算法，自動觸發應急管理措施，保障供水系統的正常運行，降低能源消耗，實現節能環保的目標。

1.機房數據采集控制

供水處理系統通過中央處理器PLC進行控制，具有全自動控制和手動控制雙控模式。系統采集預處理系統、一級反滲透系統、二級反滲透系統、濃水回收系統的重要工藝參數以及各級水泵前后壓力值，包括水質、水量、水壓、水位和環境溫度參數等。這些信息通過檢測電路實時反饋給控制芯片，然后通過通信模塊與PLC控制系統相連。

為了實現中央分質供水設備的遠程監控，系統采用綜合布線技術、網絡通信技術、自動控制技術、安全防范技術、音頻控制技術等技術手段，高效集成出入水質、電導率、第三方檢測報告、濾芯的使用狀況等信息，利用無線電信號識別特定設備，實現數據的采集和發送。這樣，就能夠實現基于物聯網的中央制水和分質供水的遠程監控[1]。

2.管網末端智能監測點設置

針對各科室用水水質標準不同的情況，可以通過對用水終端進行實時監測來滿足不同的需求。為了實現智能監控，可以設置水位傳感器、余氯傳感器、電導率傳感器、pH值傳感器等，以實時監控供水設備的運行狀況，優化管理和預防故障等。

（四）系統功能監控

1.中央供水系統運行狀態實時監控

管理人員可以通過實時監控系統了解供水設備和用水終端的運行情況和狀態，實現對整個供水系統的全景分析和瞬變知曉。這種實時監控提升了節水精細化和綜合化程度。

系統可以自動監測和記錄清洗過程、末端用水情況以及相關泵和閥門開閉狀態等。管理人員可以隨時了解清洗過程的進行情況，監控末端用水的質量和水量，掌握泵和閥門的運行狀態。

在制水過程中，系統對水質進行監測和監控。監測數據包括原水的pH值、余氯、TDS值，一級水的TDS值、pH值、電導率，二級水的pH值、電導率以及三級水的電阻率值。系統還監測各級產水總流量和各級泵前后壓力，以及耗材的壽命等重要參數，這些監測數據可以幫助管理人員及時發現水質異常和設備故障，以保障水處理系統的正常運行。

2.異常處理及故障處理

（1）異常處理

當醫院遇到緊急情況，如突發火災等重大事故時，管理人員可以通過遠程控制實現供水系統關機，從而確保系統的安全性，并防止進一步危險的發生。此外，如果自來水停水且不可控的情況下，可以根據功能科室的用水情況設置優先供水功能，啟動應急節水系統，以確保重要用水點的水供應。

（2）故障處理

在故障處理方面，系統可以實現遠程設備故障報警和實時數據超標情況的監測。一旦發生故障或數據超標，系統會自動報警。管理人員可以通過遠程查詢故障信息，并根據故障情況提示查找故障原因和處理方法。

綜上所述，在異常處理方面，供水處理系統可以通過遠程控制關機應對緊急情況，以及根據功能科室的用水情況設置優先供水功能。在故障處理方面，系統可以實現遠程設備故障報警、實時數據超標情況的監測，并提供故障查詢和處理提示，以及時提醒管理人員。這些措施能夠幫助管理人員快速應對異常和故障情況，保障供水系統的安全、穩定和可靠運行。

3.數據處理與分析

供水系統采用統計分析方法對收集來的大量數據進行匯總分析，以實現數據價值的最大化。

根據數據分析，系統可以實現對用水特征、用水量、原水水質狀況、耗材使用情況、設備元件等多項數據指標的遠程監控和分析，并生成相應的報警信息。

通過統計分析，系統可以監控各項數據指標的變化趨勢和異常情況，并及時發出報警信息。這樣，管理人員可以根據數據分析結果控制供水系統的運行，優化配件和耗材的質量選擇。

此外，系統還可以通過數據分析生成每個月的用水水質情況分析報表、科室用水量分析報表以及故障率等相關情況的報表。這些報表可以為優化用水情況提供參考和決策依據。通過分析報表，管理人員可以了解每個月用水水質的變化情況，以及科室用水量的分布情況，并對系統的故障率進行評估。

通過統計分析和數據報表，供水系統可以實現對用水情況的優化管理。管理人員可以根據分析結果，調整供水系統的運行參數，優化配件和耗材的選擇，以提高用水質量和效率。

（五）使用效果評估

基于物聯網技術的智能信息化中央供水系統提供了更智能、高效、可靠的純水服務，實現水質保證、節約能源和資源、優化運行的目標。

性能評估：通過對關鍵指標，如傳感器準確性、精度、靈敏度、響應時間等性能的優化及甄選，系統在實際應用中表現優異。

功能實現：技術工藝、系統集成能夠實現預期的功能，完成設計任務、滿足用戶需求，能夠提供所需的功能和服務。

應用效果：相較于傳統單科室分體式供水系統，基于物聯網技術的智能信息化中央供水系統提高了工作效率、降低了運行成本、增強了用戶體驗。

三、結束語

綜上所述，物聯網技術支持的中央分質供水系統在醫院高質四發展中發揮著關鍵作用。相較于分散式單科室分體式供水系統，中央分質供水系統有效解決了水利用效率低下、維護成本高昂、水質難以保障及占地面積較大等問題。借助物聯網技術，該系統實現了對水處理過程中各項水質指標的遠程實時監控，確保水質符合使用標準，保證水處理系統的穩定和可靠運行。

總之，基于物聯網技術的中央分質供水系統提升了醫療用水的質量管理水平，不僅解決了傳統供水系統存在的問題，提供了更高效、可靠、節約的供水方案，為醫院的發展提供了重要支持。

作者單位：王春燕 路婧 陳裕鑫 黨筱妍 中山大學附屬第六醫院設備科 廣州市黃埔區中六生物醫學創新研究院

李杰 蘆小山 佛山市雅潔源科技股份有限公司

參考文獻

[1]金銀龍. GB 5749-2006《生活飲用水衛生標準》釋義[M]. 中國標準出版社 ， 2007.