剖析管网水质实时远程监测系统

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欢迎访问e展厅 展厅 10 环境测量仪器展厅 风速仪, 气象仪器, 风向袋/风向标, 水文仪, 温度计, ... 在人类社会进入二十一世纪之际，最需要解决的问题就是水资源短缺问题，面对城市建设的快速发展，供水行业必须认识到，对城市供配水管网系统，必须采用现代化的管理手段，对其进行高效地管理，使管理由经验型管理向科学型管理转变，用好水资源就是大力节约水资源，加强城市自来水系统综合自动化建设，解决城市自来水管网系统优化供配水问题，并结合城市数字市政系统建设，对城市自来水管网供配水系统，进行了优化建模和优化配水，从根本上解决城市用水的问题，供水管网水质监测系统成为创建节水型城市必要的工具之一。 供水管网水质监测实践经验表明，管网水质的管理是自来水产品质量管理的一个非常重要的关键环节，关系到千家万户的身体健康。城市供水公司，要把管网水质管理纳入企业管理的范畴，每天向分管领导提供报表，随时掌握水质动态，为我们采取新工艺、新技术提供了直接依据，同时提高了水司的社会效益，促进了企业的全面发展。实现“为市民提供更好的服务，确保提高供水质、水量、压力；科学优化成本；提高服务质量；提高自身的市场竞争。"的目标；为实现城市数字化市政管理，提供供水行业数字化管理系统。 自来水生产的每一个环节，都实行了严格的质量控制，有严格的指标，出厂前均进行了取样分析，检定其质量是否符合国家标准，只有合格的产品才能输送到供水管网中。所以说，通过严格的质量把关，自来水出厂时一般均达到国家标准，这也是自来水公司产品质量管理的依据。在水处理工艺上，自来水公司由于受到要求水处理费用降低的压力，在修建水厂时，关注于加快新建滤池的滤速，但这样做，对去除原水颗粒效果减弱，而且在原水水质发生变化时增加了处理的困难，有可能造成出厂水水质的不稳定。自来水出厂后到用户使用是通过无数的供水管道来进行输送的，埋藏在地下长达几千公里的输水管道非常复杂，管径从ＤＮ22００－ＤＮ５０，管材有水泥管、钢卷管、铸铁管、玻璃钢管、Ｕ－ＰＶＣ管、镀锌钢管等各种管道组成了非常复杂的管网结构。自来水在连续、不间断的输送过程中，存在导致其受二次污染而影响水质的多种因素，诸如管道破漏抢修、开管接驳、安装工程、管材质量问题、二次供水设施影响及用户违章用水直接造成的污染等。自来水出厂后由供水管网输送的过程是不可逆的，自来水是一种不可退换的商品。自来水的这种特殊性是与其它产品完全不同的，它将直接从管网水质的好坏中体现出来。这说明自来水作为一种特殊的商品，输送到用户的自来水能否保证完全符合饮用水卫生标准，存在不确定性。 管网水水质问题是十分复杂的问题。 城市管网与其输送的水构成一个复杂的化学、生物化学反应系统。管网在水压降低时，会因抽吸作用吸入含有氨及可同化性有机碳(AOC>0.25mg/L)；而余氯不足时，有害细菌及微生物会繁殖；地下水库会因渗入地面水或地下水而污染；管道检修会造成管网污染；屋顶水箱会因小动物进入或长期不清洗、消毒而水质恶化；pH值<6.5、硬度<50mg/L的水，对铜有腐蚀作用；二氧化碳>50mg/L，溶解氧和硬度高的地下水会使铜腐蚀成麻面；铅在我国只用于管道接头，低PH值及低碱度的水对铅的溶解力最强；水泥砂浆管道涂衬会NH3污染，NH3会在管道中转化成亚硝酸，沥青涂衬会释放出苯并(a)芘致癌物，应禁止使用。 微生物在管道中形成低pH值或者高浓度腐蚀性离子的微区(micro Zones)，导致发生氧化过程或腐蚀产物的去除及保护膜的脱落，硫酸盐还原菌及铁细菌在腐蚀中作用较大，硝酸还原菌及产甲烷菌也有作用。管网水无余氯，特别是“死端”余氯消失，细菌性腐蚀最易发生，管垢或腐蚀产物多的地方问题较多。异型链球菌耐干燥，往往用于检查新排管道或修复管道后的污染检查。 由于水中化学物质的组成有时会呈腐蚀性，有时会呈沉积性；或者由于管材金属与管材中的杂质而导致化学腐蚀。管道结垢，输水水质恶化，管道输水能力下降已成为一个需要解决的问题。 总之，管网水水质不稳定，水质污染造成混凝剂、消毒剂剂量增加，降低了水的pH值，增加了水的不稳定性；其次有机物污染导致管网水可生化的有机碳(BDOC)或可同化性有机碳(AOC)浓度增加，细菌易于繁殖滋生，腐蚀管道，恶化水质。为此，要提高出厂水的水质稳定性，稳定管网水中的余氯，降低水中的可生化或可同化的有机碳和氨浓度，做好管道防护，选用新管材，加强管道埋设、检修和维护管理，建立管网水力学模型及水质模型，设置管网水质自动监测仪器，将有助于水质管理。 检定自来水水质的好坏决不能仅仅以出厂时的检测数据作为最终衡量，还必须对管网各点水质进行取样分析，检测出具体的数据，并结合卫生防疫部门的抽检监测结果及用户反馈的信息来进行综合评价，使广大市民饮用水安全得到有力的保障。 在国家有关生活饮用水的卫生标准中有明确和严格的规定：“在全部采样点中，应有一定的点数选在水源、出厂水、水质易受污染的地方、管网末梢和管网系统陈旧部分等”。“检验项目在一般情况下，细菌学指标和感官性状指标列为须检项目，其它指标可根据当地水质情况和需要选定”。每个城市都要根据自身的客观的实际状况，按规定在管网中设立合理的监测点，点的选择是依据供水人口计算和市政管网的分布状态，并视实际需要必要时作适当的调整。实行每天现场取样、分析、监测，以保证自来水水质。　 管网水水质监测什么？主要的监测指标： 浊度、游离余氯、ＰＨ值、氨氮、亚硝酸盐氮、总铁、细菌、大肠杆菌群。 为什么要监测这些项目？ １．综合指标浊度：在进入21世纪仍然是最重要的指标，饮用水中污染物将更为复杂，浊度要求越来越高。因此，为达到去除目的，水厂产水浊度需保持在0.1ntu(浊度最高水平)，才能完全反映出饮用水的净化状态，特别是量测到水中极细小的颗粒和微生物。常规处理最佳化可更好地去除水中细小颗粒和更好地杀灭病原菌，最佳化处理也是安全给水的基础。水厂运行如果达不到浊度目标及其他水质要求，就必须采用组合校正程序，严格自我检验步骤，以达到出厂饮用水要求的目标。 管网监测如果浊度超标，反映出自来水生产过程中可能有些环节未处理好，如原水浊度突变而生产中未及时进行处理；个别滤池渗漏等；管网施工接驳工程竣工后阀门开启过快、过急；抢修后较大干管通水时管道内部有杂物或开启阀门过急；用户违章用水的间接供水设施与市政管道连通，当市政管道压降时，二次水倒灌入管网造成污染等。 ２．我们在实际监测中发现管网中游离余氯有时会低于标准值，反映出厂内可能投氯发生故障；管网局部干管用水量少，造成管内水滞留等等。 ３．如果管网监测细菌类指标超标，反映出取样点附近供水管网抢修后恢复供水时，施工中渗入污水或其它污秽物；违章用户造成供水管网二次污染；出厂水余氯控制指标未适应水质变化等等。 ４．管网监测中总铁超标，反映出管网中浑浊度可能偏高；供水管网管材质量存在问题，年久残损、腐蚀或者使用了劣质的管材；干管阀门关闭后开启过急，造成生锈的水管内壁部分受水压冲击而脱落；违章开口接驳管道工程等等。 　　 是如何实现监测的？ 城镇供水企业有别于其它行业，给水设施从水源、取水、净水、输配水至用户具有多样性、广域性、大容量、大时滞，原水水质及用水量不稳定、产品连续性、公用性、重要性。要使之安全、可靠、经济、合理、连续地进行并非易事。随着需水量日增，水源被污染，供水规模及处理工艺的复杂性随之增加。为了保证城镇供水产品质量和服务质量，保证水质指标合格率、管网压力合格率、管网修理及时率、能耗指标符合考核标准，有必要借助国际先进的“4C”（Computer——计算机、Control——控制、Communication——通讯、CRT——显示技术，建立城镇供水的SCADA系统，即监控和数据采集系统，取代了传统、烦琐、人工管网水质巡检，克服了管网水质监测汇报时间长滞后的不利影响，以充分发挥供水设施的作用和取得较好的社会效益和经济效，最终实现整个供水系统的优化调度，即：充分合理地调配利用水资源，调配原水泵站、清水泵站的流量和压力；充分合理地分配不同区域的供水量，保证用户对水量、水压、水质的要求，保证供水系统安全可靠运行。 城市供水调度中心计算机系统是一项大型的市政工程项目，对整个城市原水输水系统、配水系统进行全面监测，辅助实时调度决策，进而支持优化调度。 其功能为： ●合理地调配利用水资源； ●调配原水泵站、清水泵站的流量与压力； ●分配不同区域的供水量； ●保证用户对水量、水压、水质的要求； ●保证供水系统安全可靠运行； ●最大限度地降低供水成本。 安恒管网水质远程实时监控系统是城市数字化供水调度中心计算机系统的重要组成部分可以实现： 1.数据采集功能：根据公司生产调度中心调度生产指挥的需求，要求系统对自来水管网及各水厂能够数据采集以下信息：合理分布在自来水管网上的测压信号（管网压力），各水厂泵的运行参数、电源供电情况、耗电量、当前功率因素、水厂进/出水量、原水浊度、出厂水浊度、余氯、PH值等。 2.数据传输功能：将现场采集到的数据，或直接或通过各生产调度分系统，实时地传递到生产调度中心主系统。 3.数据显示及分析功能：生产调度中心主系统将获得的各类信息及数据，经过分析、加工直观地、动画地显示出来；供生产调度指挥人员使用。 4.报警功能：系统可对各水厂机泵运行异常，如电压、电流的不足或过载等，管网压力不足或超限进行及时报警。 5.历史数据的存储、检索、查询及分析功能：根据公司生产调度中心调度生产指挥，和检索、查询及分析历史数据的需求，系统应具备实现历史数据的存储、检索、查询及分析功能。 6、报表显示及打印功能：系统可自动生成各种生产情况的日月年报表，并可随时打印。 7.遥控功能：根据公司生产调度中心调度生产指挥的需求，系统操作人员可在生产调度中心实现对有关水泵实现开停遥控。 8.网络功能：将现场采集到的数据送到网络服务器上，供其他系统使用。 系统得到的数据可以完成什么？ 系统实现的意义： 一、建立城镇供水管网的SCADA系统，监控和数据采集系统，取代了传统、烦琐、人工管网水质巡检，克服了管网水质监测汇报时间长滞后的不利影响，以充分发挥供水设施的作用和取得较好的社会效益和经济效，最终实现整个供水系统的优化调度，即：充分合理地调配利用水资源，调配原水泵站、清水泵站的流量和压力；充分合理地分配不同区域的供水量，保证用户对水量、水压、水质的要求，保证供水系统安全可靠运行。 二、优化水厂水处理工艺过程。通过对管网水质的监测，从中发现用户用水点的水质异常变化，反过来可以指导生产，提高企业管理。通过对管网水质的监测，对水质监测数据（如浊度、余氯、pH、电导、菌类、总铁等）变化的有关因素进行综合分析，可以及时地把分析结果反馈给水厂，发现水源水质的变化，调整各种内控指标，改善制水、净水工艺，从而制订出合理的出厂水水质数据，进一步加强了水质控制把关。有效改善管网水质监测，自动监测与人工监测相结合，监测管网水质及其变化情况，确保用户的水质。随着供水调度自动化程度的提高，进行动态水质控制．有效提高管网水水质稳定性指导工作，例如，针对原水、出厂水、管网水具有化学和生物双重不稳定性。我们采取了诸如投加石灰，保证水厂出厂水PH值维持在7.0以上、 金属管道内涂水泥砂浆防腐等技术措施，对解决化学不稳定腐蚀管道影响水质取得了效果、对管网水进行生物可降解溶解性有机炭(BD0C)和生物可同化有机炭(AOC)的检测和控制，达到管网水的生物稳定，改善管网水质。用于控制管网水质，指导水厂合理投加药剂，提高水质降低成本、计算水在管网中的停留时间、分析氯水浓度扩散过程、进行余氯分布分析、提供各水源最佳加氯量值等等。 三、保证管网高效长期稳定运行。城镇供水管网系统中有钢筋混凝士管、钢管、铸铁管、球墨铸铁管、PCCP管、因资料不全未知管材属性管道，随着公司近几年来在各水厂内改进工艺，严格把关提高出厂水水质，加大管网改造力度，加强管网管理等措施的实施，公司所辖管网水水质也不断提高：向社会提出的供水服务承诺标准。 四、应对突发应急事件，预防污染事故，保障公共安全，提高社会服务功能 城市自来水管网系统在实际运行过程中，有可能发生各种各样的事故（诸如爆管、停水、水压不足等），城市居民、单位均可通过预先设置的电话通知自来水公司，以便急时得到维修，这就是应急事故处理的社会服务功能，有效应对突发应急事件，预防污染事故，保障公共安全。 五、提高投资利用率。势必对相应的设备及供水管网进行改造，加强针对性的对陈旧市政管网改造步伐，首先解决大的问题，对导致管道内壁结垢，个别腐烂穿孔，严重影响水质的管段及时改造。比如原水浑浊度高，变化大，使用虹吸滤池就难以保证出厂水浑浊度在0.1NTU以下。要保证管网水的合格，除出厂水首先要达标合格外，其管网材料选材也极为重要。按《规范》要求，对生活饮用水输配水的设备及防护材料要进行卫生安全评价，对选用管材做浸泡试验，以确定新敷设管网的选材。为保证管网水的合格，必须选用环保无污染的符合卫生安全评价的新型管材。同时，对在线管网是否污染进行抽检，并对因管材对水质造成污染、达不到《规范》标准要求在线管网进行改造，这将是一笔巨大资金的支出。水质标准的提高，涉及了更为广泛的水质化问题，而且会迫使供水企业改造设备，增添仪器，增加人员，选用新型环保管材，加快供水管网改造等，需要大量的资金投入，这都将使供水企业生产成本、固定资产随之增加，其中供水管网的投资占城市供水总投资的70%左右，提高供水管网的投资利用率，可以有效提高资产管理水平，最大限度地降低供水成本。 六、指导推广应用新型管材：　　硬聚氯乙烯管( UPVC)是国内目前塑料管材的主导产品，由于其本身所具有的内壁光滑、水流阻力小、耐腐蚀、有利保护管网水质、管材轻便、接口施工安装方便等优点， 已广泛应用在给水工程中。聚乙烯PE管道、明确规定新建小区管网必须采用塑料管材。国内许多城市建设主管部门已发文禁止在给水管道中使用镀锌钢管。禁用冷镀锌管，逐步淘汰热镀锌管，大力推广应用新型塑料管材．目前，可用于建筑给水的新型管材很多，如PEX、PPR(PPC)、PB、钢塑、铝塑等。另一方面，保护现有镀锌给水管水质，在水质保证的前提下延缓其寿命，也是一项极为有意义的工作。 七、分析研究市政管网预留口问题，规避、摸清现有预留口对水质的影响为便于用户接水，以往在设计和建设中，市政管网每隔一定距离设置预留口。但市政管网上过多的预留口带来诸多问题。我公司曾分别对梅林、中心区的预留口使用情况进行统计，其使用率不到20％，管网预留口的闲置不仅是管道建设的一种浪费，而且预留口管内滞留水质腐败也影响了管网水质。随着不停水开口技术的日趋完善，在市政管网中可取消预留口，需要开口接驳管道时采用不停水开口技术解决用户的用水接口问题。 　　不停水开口技术是应用新技术保护水质的一个重要举措。一方面可避免因停水导致水资源的白白浪费，另一方面可以避免因停水，导致水质的二次污染。 八、定期排放消火栓从主管至消火栓一般都有5～10m左右的管道，而该段管内的水更成了“死水”影响了水质。为了解决这个问题就必须定期排放消火栓，避免管内“死水”时间过长水质变坏，生长细菌。从定时排放该为实时监测，每半年对消火栓必须进行排放一次，并视情况制订了临时排放措施。 九、加强对居民小区物业的监督管理，加快小区内部的管网改造步伐和二次供水设施管理，提高用户用水水质。　部分小区管网因管道埋设年代比较长，管道腐蚀严重。特别是90年代以前建设的，大部分给水管道都是冷镀管，部分是灰口铸铁管或无内外防腐的钢管。管道锈蚀穿孔，管道内结垢，影响管道水质。因小区内管道锈蚀严重，水质较差，居民投诉较多。加强对二次供水设施的管理，二次供水水质直接关系人民身体健康，因此必须加强对二次供水设施的管理。定期清洗水箱，并督促业主自管的水箱做定期清洗工作。 十、积累长期历史数据，进一步完成管网建模，为建模研究提供资料，建立管网水质模型，监督整个管网水质变化、管网水停留时间对水质的影响，　例如：水在管网中的停留时间越长，越易引致水质变差。管网水停留时间长主要存在于两种情况下：一是部分较大管径管道其实际流速较低，使得水在管内停留时间很长：二是在个别地区，由于各种原因其供水管道呈技状网分布。　可通过管网模拟分析计算，并结合现场实测，了解掌握管网水停留时间。进而进一步研究管网水质与停留时间的关系，以便对部份管段采取特殊措施以保护其水质。 　 存在的问题：在解决监测滞后问题时，带来了数据可靠性问题 在线检测 最近水厂多用在线检测方法了解污染物去除或观察污染物控制情况。在线观测器能够提供现场接近实时的水处理信息。如果原水水质有任何变化，在线观测器就有所表示。但是对水处理者来说，在线观测器尚不能体现烧杯实验的那样准确结果，或不能预示水处理设施对水中颗粒去除的可靠性等的理想情况。水流探测器(Streaming-CurrentDetector)能模拟具体水质情况，但也不能完全模拟所有水质的当时情况。现行的监督控制和数据截获(SCADA)系统也不是如大众一般所信任的，在水处理设施上广泛有效。如果没有一个机敏可行的SCADA系统，在线检测器是无用的。因此在常规处理程序自动化真正能够有效地采用以前，在线检测取得效果恐怕还是不如烧杯实验来得可靠。 　　 实例： 上海市北：上海市自来水市北有限公司在所属范围目前安装有75套无线、有线通讯设备，通过这些设备可在市北调度室的上位机上实时观察到市北范围内的流量、压力、浊度、余氯、开停泵等信号，利用这些数据做到安全、优质供水。 计算机SCADA（SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION）技术又可称为四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）技术，在给排水行业得到广泛应用，并取得了良好的经济效益与社会效益。上海市自来水市北有限公司现有的SCADA系统： 1、2.5标系统是一综合性的、全可配置的、水厂监控和数据采集系统，具有先进的监视和控制功能，可通过扩充和重新配置适应今后人工遥控和自控的要求，25标系统在泵站、水厂配置有计算机、HUB、ISDN调制解调器、无线电调制解调器、打印机等。水质参数：流量、浊度、压力、余氯等及开停泵信号、电压、功率等信号通过无线电传至中控室再通过中控室的上位机显示于屏幕。当无线电功能不可用时系统自动转变为PSTN传输方式，通过拨号将所有信号传至中控室再通过中控室的上位机显示于屏幕。水厂可通过当地的计算机观察到本水厂的运行参数并可打印报表。 2、测压点SCADA系统是一种较先进的无线数据传输系统主要是测市北地区的管网压力，以POLLING方式传输数据，数据每2-3秒刷新一次。下位机通过RTU（REMOTE TERMINAL UNIT）收集数据，通过无线电台传输数据至中控室，中控室再通过中控室的上位机显示于屏幕。 3、CDPD系统应用ALLEN-BRANDLEY公司的MICROLOGIXTM1500 PROGRAMMABLE CONTROLLER BASE UNITE设备收集管网的流量、压力、温度等信号，通过并发方式将数据以无线电方式送至市北中控室，中控室再通过中控室的上位机显示于屏幕，数据的刷新1-5秒。以上三套设备的上位机操作平台利用WINDOWS NT、WINDOWS 98、WINDOWS 2000，应用软件为SCX、RSVIEW、INTOUCH。通过组态与编程将传输数据显示于上位机，在上位机上还可显示上下限报警、流量、压力日/月/年报表、趋势图等。系统在投入运行以来经过了不断的稳定与完善，成为市北自来水有限公司调度室优质、安全、优化合理供水的有力保证。 (end)

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