管網水質實時遠程監測系統

在人類社會進入二十一世紀之際，zui需要解決的問題就是水資源短缺問題，面對城市建設的快速發展，供水行業必須認識到，對城市供配水管網系統，必須采用現代化的管理手段，對其進行地管理，使管理由經驗型管理向科學型管理轉變，用好水資源就是大力節約水資源，加強城市自來水系統綜合自動化建設，解決城市自來水管網系統優化供配水問題，并結合城市數字市政系統建設，對城市自來水管網供配水系統，進行了優化建模和優化配水，從根本上解決城市用水的問題，供水管網水質監測系統成為創建節水型城市必要的工具之一。

供水管網水質監測實踐經驗表明，管網水質的管理是自來水產品質量管理的一個非常重要的關鍵環節，關系到千家萬戶的身體健康。城市供水公司，要把管網水質管理納入企業管理的范疇，每天向分管領導提供報表，隨時掌握水質動態，為我們采取新工藝、新技術提供了直接依據，同時提高了水司的社會效益，促進了企業的全面發展。實現“為市民提供更好的服務，確保提高供水質、水量、壓力；科學優化成本；提高服務質量；提高自身的市場競爭。"的目標；為實現城市數字化市政管理，提供供水行業數字化管理系統。

自來水生產的每一個環節，都實行了嚴格的質量控制，有嚴格的指標，出廠前均進行了取樣分析，檢定其質量是否符合國家標準，只有合格的產品才能輸送到供水管網中。所以說，通過嚴格的質量把關，自來水出廠時一般均達到國家標準，這也是自來水公司產品質量管理的依據。在水處理工藝上，自來水公司由于受到要求水處理費用降低的壓力，在修建水廠時，關注于加快新建濾池的濾速，但這樣做，對去除原水顆粒效果減弱，而且在原水水質發生變化時增加了處理的困難，有可能造成出廠水水質的不穩定。自來水出廠后到用戶使用是通過無數的供水管道來進行輸送的，埋藏在地下長達幾千公里的輸水管道非常復雜，管徑從ＤＮ22００－ＤＮ５０，管材有水泥管、鋼卷管、鑄鐵管、玻璃鋼管、Ｕ－ＰＶＣ管、鍍鋅鋼管等各種管道組成了非常復雜的管網結構。自來水在連續、不間斷的輸送過程中，存在導致其受二次污染而影響水質的多種因素，諸如管道破漏搶修、開管接駁、安裝工程、管材質量問題、二次供水設施影響及用戶違章用水直接造成的污染等。自來水出廠后由供水管網輸送的過程是不可逆的，自來水是一種不可退換的商品。自來水的這種特殊性是與其它產品*不同的，它將直接從管網水質的好壞中體現出來。這說明自來水作為一種特殊的商品，輸送到用戶的自來水能否保證*符合飲用水衛生標準，存在不確定性。

管網水水質問題是十分復雜的問題。

城市管網與其輸送的水構成一個復雜的化學、生物化學反應系統。管網在水壓降低時，會因抽吸作用吸入含有氨及可同化性有機碳（AOC>0.25mg/L）；而余氯不足時，有害細菌及微生物會繁殖；地下水庫會因滲入地面水或地下水而污染；管道檢修會造成管網污染；屋頂水箱會因小動物進入或長期不清洗、消毒而水質惡化；pH值<6.5、硬度<50mg/L的水，對銅有腐蝕作用；二氧化碳>50mg/L，溶解氧和硬度高的地下水會使銅腐蝕成麻面；鉛在我國只用于管道接頭，低PH值及低堿度的水對鉛的溶解力zui強；水泥砂漿管道涂襯會NH3污染，NH3會在管道中轉化成亞硝酸，瀝青涂襯會釋放出苯并（a）芘致癌物，應禁止使用。

微生物在管道中形成低pH值或者高濃度腐蝕性離子的微區（micro Zones），導致發生氧化過程或腐蝕產物的去除及保護膜的脫落，硫酸鹽還原菌及鐵細菌在腐蝕中作用較大，硝酸還原菌及產甲烷菌也有作用。管網水無余氯，特別是“死端”余氯消失，細菌性腐蝕zui易發生，管垢或腐蝕產物多的地方問題較多。異型鏈球菌耐干燥，往往用于檢查新排管道或修復管道后的污染檢查。

由于水中化學物質的組成有時會呈腐蝕性，有時會呈沉積性；或者由于管材金屬與管材中的雜質而導致化學腐蝕。管道結垢，輸水水質惡化，管道輸水能力下降已成為一個需要解決的問題。

總之，管網水水質不穩定，水質污染造成混凝劑、消毒劑劑量增加，降低了水的pH值，增加了水的不穩定性；其次有機物污染導致管網水可生化的有機碳（BDOC）或可同化性有機碳（AOC）濃度增加，細菌易于繁殖滋生，腐蝕管道，惡化水質。為此，要提高出廠水的水質穩定性，穩定管網水中的余氯，降低水中的可生化或可同化的有機碳和氨濃度，做好管道防護，選用新管材，加強管道埋設、檢修和維護管理，建立管網水力學模型及水質模型，設置管網水質自動監測儀器，將有助于水質管理。

檢定自來水水質的好壞決不能僅僅以出廠時的檢測數據作為zui終衡量，還必須對管網各點水質進行取樣分析，檢測出具體的數據，并結合衛生防疫部門的抽檢監測結果及用戶反饋的信息來進行綜合評價，使廣大市民飲用水安全得到有力的保障。

在國家有關生活飲用水的衛生標準中有明確和嚴格的規定：“在全部采樣點中，應有一定的點數選在水源、出廠水、水質易受污染的地方、管網末梢和管網系統陳舊部分等”。“檢驗項目在一般情況下，細菌學指標和感官性狀指標列為須檢項目，其它指標可根據當地水質情況和需要選定”。每個城市都要根據自身的客觀的實際狀況，按規定在管網中設立合理的監測點，點的選擇是依據供水人口計算和市政管網的分布狀態，并視實際需要必要時作適當的調整。實行每天現場取樣、分析、監測，以保證自來水水質。　

管網水水質監測什么？主要的監測指標： 濁度、游離余氯、ＰＨ值、氨氮、亞硝酸鹽氮、總鐵、細菌、大腸桿菌群。
為什么要監測這些項目？

１．綜合指標濁度：在進入21世紀仍然是zui重要的指標，飲用水中污染物將更為復雜，濁度要求越來越高。因此，為達到去除目的，水廠產水濁度需保持在0.1ntu（濁度zui高水平），才能*反映出飲用水的凈化狀態，特別是量測到水中極細小的顆粒和微生物。常規處理*化可更好地去除水中細小顆粒和更好地殺滅病原菌，*化處理也是安全給水的基礎。水廠運行如果達不到濁度目標及其他水質要求，就必須采用組合校正程序，嚴格自我檢驗步驟，以達到出廠飲用水要求的目標。

管網監測如果濁度超標，反映出自來水生產過程中可能有些環節未處理好，如原水濁度突變而生產中未及時進行處理；個別濾池滲漏等；管網施工接駁工程竣工后閥門開啟過快、過急；搶修后較大干管通水時管道內部有雜物或開啟閥門過急；用戶違章用水的間接供水設施與市政管道連通，當市政管道壓降時，二次水倒灌入管網造成污染等。

２．我們在實際監測中發現管網中游離余氯有時會低于標準值，反映出廠內可能投氯發生故障；管網局部干管用水量少，造成管內水滯留等等。

３．如果管網監測細菌類指標超標，反映出取樣點附近供水管網搶修后恢復供水時，施工中滲入污水或其它污穢物；違章用戶造成供水管網二次污染；出廠水余氯控制指標未適應水質變化等等。

４．管網監測中總鐵超標，反映出管網中渾濁度可能偏高；供水管網管材質量存在問題，年久殘損、腐蝕或者使用了劣質的管材；干管閥門關閉后開啟過急，造成生銹的水管內壁部分受水壓沖擊而脫落；違章開口接駁管道工程等等。
　　
是如何實現監測的？

城鎮供水企業有別于其它行業，給水設施從水源、取水、凈水、輸配水至用戶具有多樣性、廣域性、大容量、大時滯，原水水質及用水量不穩定、產品連續性、公用性、重要性。要使之安全、可靠、經濟、合理、連續地進行并非易事。隨著需水量日增，水源被污染，供水規模及處理工藝的復雜性隨之增加。為了保證城鎮供水產品質量和服務質量，保證水質指標合格率、管網壓力合格率、管網修理及時率、能耗指標符合考核標準，有必要借助*的“4C”（Computer——計算機、Control——控制、Communication——通訊、CRT——顯示技術，建立城鎮供水的SCADA系統，即監控和數據采集系統，取代了傳統、煩瑣、人工管網水質巡檢，克服了管網水質監測匯報時間長滯后的不利影響，以充分發揮供水設施的作用和取得較好的社會效益和經濟效，zui終實現整個供水系統的優化調度，即：充分合理地調配利用水資源，調配原水泵站、清水泵站的流量和壓力；充分合理地分配不同區域的供水量，保證用戶對水量、水壓、水質的要求，保證供水系統安全可靠運行。

城市供水調度中心計算機系統是一項大型的市政工程項目，對整個城市原水輸水系統、配水系統進行全面監測，輔助實時調度決策，進而支持優化調度。

其功能為：

●合理地調配利用水資源；
●調配原水泵站、清水泵站的流量與壓力；
●分配不同區域的供水量；
●保證用戶對水量、水壓、水質的要求；
●保證供水系統安全可靠運行；
●zui大限度地降低供水成本。

安恒管網水質遠程實時監控系統是城市數字化供水調度中心計算機系統的重要組成部分可以實現：

1.數據采集功能：根據公司生產調度中心調度生產指揮的需求，要求系統對自來水管網及各水廠能夠數據采集以下信息：合理分布在自來水管網上的測壓信號（管網壓力），各水廠泵的運行參數、電源供電情況、耗電量、當前功率因素、水廠進/出水量、原水濁度、出廠水濁度、余氯、PH值等。
2.數據傳輸功能：將現場采集到的數據，或直接或通過各生產調度分系統，實時地傳遞到生產調度中心主系統。
3.數據顯示及分析功能：生產調度中心主系統將獲得的各類信息及數據，經過分析、加工直觀地、動畫地顯示出來；供生產調度指揮人員使用。
4.報警功能：系統可對各水廠機泵運行異常，如電壓、電流的不足或過載等，管網壓力不足或超限進行及時報警。
5.歷史數據的存儲、檢索、查詢及分析功能：根據公司生產調度中心調度生產指揮，和檢索、查詢及分析歷史數據的需求，系統應具備實現歷史數據的存儲、檢索、查詢及分析功能。
6、報表顯示及打印功能：系統可自動生成各種生產情況的日月年報表，并可隨時打印。
7.遙控功能：根據公司生產調度中心調度生產指揮的需求，系統操作人員可在生產調度中心實現對有關水泵實現開停遙控。
8.網絡功能：將現場采集到的數據送到網絡服務器上，供其他系統使用。

系統得到的數據可以完成什么？

系統實現的意義：

一、建立城鎮供水管網的SCADA系統，監控和數據采集系統，取代了傳統、煩瑣、人工管網水質巡檢，克服了管網水質監測匯報時間長滯后的不利影響，以充分發揮供水設施的作用和取得較好的社會效益和經濟效，zui終實現整個供水系統的優化調度，即：充分合理地調配利用水資源，調配原水泵站、清水泵站的流量和壓力；充分合理地分配不同區域的供水量，保證用戶對水量、水壓、水質的要求，保證供水系統安全可靠運行。

二、優化水廠水處理工藝過程。通過對管網水質的監測，從中發現用戶用水點的水質異常變化，反過來可以指導生產，提高企業管理。通過對管網水質的監測，對水質監測數據（如濁度、余氯、pH、電導、菌類、總鐵等）變化的有關因素進行綜合分析，可以及時地把分析結果反饋給水廠，發現水源水質的變化，調整各種內控指標，改善制水、凈水工藝，從而制訂出合理的出廠水水質數據，進一步加強了水質控制把關。有效改善管網水質監測，自動監測與人工監測相結合，監測管網水質及其變化情況，確保用戶的水質。隨著供水調度自動化程度的提高，進行動態水質控制．有效提高管網水水質穩定性指導工作，例如，針對原水、出廠水、管網水具有化學和生物雙重不穩定性。我們采取了諸如投加石灰，保證水廠出廠水PH值維持在7.0以上、 金屬管道內涂水泥砂漿防腐等技術措施，對解決化學不穩定腐蝕管道影響水質取得了效果、對管網水進行生物可降解溶解性有機炭（BD0C）和生物可同化有機炭（AOC）的檢測和控制，達到管網水的生物穩定，改善管網水質。用于控制管網水質，指導水廠合理投加藥劑，提高水質降低成本、計算水在管網中的停留時間、分析氯水濃度擴散過程、進行余氯分布分析、提供各水源*加氯量值等等。

三、保證管網長期穩定運行。城鎮供水管網系統中有鋼筋混凝士管、鋼管、鑄鐵管、球墨鑄鐵管、PCCP管、因資料不全未知管材屬性管道，隨著公司近幾年來在各水廠內改進工藝，嚴格把關提高出廠水水質，加大管網改造力度，加強管網管理等措施的實施，公司所轄管網水水質也不斷提高：向社會提出的供水服務承諾標準。

四、應對突發應急事件，預防污染事故，保障公共安全，提高社會服務功能
城市自來水管網系統在實際運行過程中，有可能發生各種各樣的事故（諸如爆管、停水、水壓不足等），城市居民、單位均可通過預先設置的通知自來水公司，以便急時得到維修，這就是應急事故處理的社會服務功能，有效應對突發應急事件，預防污染事故，保障公共安全。

五、提高投資利用率。勢必對相應的設備及供水管網進行改造，加強針對性的對陳舊市政管網改造步伐，首先解決大的問題，對導致管道內壁結垢，個別腐爛穿孔，嚴重影響水質的管段及時改造。比如原水渾濁度高，變化大，使用虹吸濾池就難以保證出廠水渾濁度在0.1NTU以下。要保證管網水的合格，除出廠水首先要達標合格外，其管網材料選材也極為重要。按《規范》要求，對生活飲用水輸配水的設備及防護材料要進行衛生安全評價，對選用管材做浸泡試驗，以確定新敷設管網的選材。為保證管網水的合格，必須選用環保無污染的符合衛生安全評價的新型管材。同時，對在線管網是否污染進行抽檢，并對因管材對水質造成污染、達不到《規范》標準要求在線管網進行改造，這將是一筆巨大資金的支出。水質標準的提高，涉及了更為廣泛的水質化問題，而且會迫使供水企業改造設備，增添儀器，增加人員，選用新型環保管材，加快供水管網改造等，需要大量的資金投入，這都將使供水企業生產成本、固定資產隨之增加，其中供水管網的投資占城市供水總投資的70%左右，提高供水管網的投資利用率，可以有效提高資產管理水平，zui大限度地降低供水成本。

六、指導推廣應用新型管材：　　硬聚氯乙烯管（ UPVC）是國內目前塑料管材的主導產品，由于其本身所具有的內壁光滑、水流阻力小、耐腐蝕、有利保護管網水質、管材輕便、接口施工安裝方便等優點， 已廣泛應用在給水工程中。聚乙烯PE管道、明確規定新建小區管網必須采用塑料管材。國內許多城市建設主管部門已發文禁止在給水管道中使用鍍鋅鋼管。禁用冷鍍鋅管，逐步淘汰熱鍍鋅管，大力推廣應用新型塑料管材．目前，可用于建筑給水的新型管材很多，如PEX、PPR（PPC）、PB、鋼塑、鋁塑等。另一方面，保護現有鍍鋅給水管水質，在水質保證的前提下延緩其壽命，也是一項極為有意義的工作。

七、分析研究市政管網預留口問題，規避、摸清現有預留口對水質的影響為便于用戶接水，以往在設計和建設中，市政管網每隔一定距離設置預留口。但市政管網上過多的預留口帶來諸多問題。我公司曾分別對梅林、中心區的預留口使用情況進行統計，其使用率不到20％，管網預留口的閑置不僅是管道建設的一種浪費，而且預留口管內滯留水質*也影響了管網水質。隨著不停水開口技術的日趨完善，在市政管網中可取消預留口，需要開口接駁管道時采用不停水開口技術解決用戶的用水接口問題。 　　不停水開口技術是應用新技術保護水質的一個重要舉措。一方面可避免因停水導致水資源的白白浪費，另一方面可以避免因停水，導致水質的二次污染。

八、定期排放消火栓從主管至消火栓一般都有5～10m左右的管道，而該段管內的水更成了“死水”影響了水質。為了解決這個問題就必須定期排放消火栓，避免管內“死水”時間過長水質變壞，生長細菌。從定時排放該為實時監測，每半年對消火栓必須進行排放一次，并視情況制訂了臨時排放措施。

九、加強對居民小區物業的監督管理，加快小區內部的管網改造步伐和二次供水設施管理，提高用戶用水水質。　部分小區管網因管道埋設年代比較長，管道腐蝕嚴重。特別是90年代以前建設的，大部分給水管道都是冷鍍管，部分是灰口鑄鐵管或無內外防腐的鋼管。管道銹蝕穿孔，管道內結垢，影響管道水質。因小區內管道銹蝕嚴重，水質較差，居民投訴較多。加強對二次供水設施的管理，二次供水水質直接關系人民身體健康，因此必須加強對二次供水設施的管理。定期清洗水箱，并督促業主自管的水箱做定期清洗工作。

十、積累長期歷史數據，進一步完成管網建模，為建模研究提供資料，建立管網水質模型，監督整個管網水質變化、管網水停留時間對水質的影響，　例如：水在管網中的停留時間越長，越易引致水質變差。管網水停留時間長主要存在于兩種情況下：一是部分較大管徑管道其實際流速較低，使得水在管內停留時間很長：二是在個別地區，由于各種原因其供水管道呈技狀網分布。　可通過管網模擬分析計算，并結合現場實測，了解掌握管網水停留時間。進而進一步研究管網水質與停留時間的關系，以便對部份管段采取特殊措施以保護其水質。 　

存在的問題：在解決監測滯后問題時，帶來了數據可靠性問題

在線檢測 zui近水廠多用在線檢測方法了解污染物去除或觀察污染物控制情況。在線觀測器能夠提供現場接近實時的水處理信息。如果原水水質有任何變化，在線觀測器就有所表示。但是對水處理者來說，在線觀測器尚不能體現燒杯實驗的那樣準確結果，或不能預示水處理設施對水中顆粒去除的可靠性等的理想情況。水流探測器（Streaming-CurrentDetector）能模擬具體水質情況，但也不能*模擬所有水質的當時情況。現行的監督控制和數據截獲（SCADA）系統也不是如大眾一般所信任的，在水處理設施上廣泛有效。如果沒有一個機敏可行的SCADA系統，在線檢測器是無用的。因此在常規處理程序自動化真正能夠有效地采用以前，在線檢測取得效果恐怕還是不如燒杯實驗來得可靠。