二次供水在线监测技术分析与探索

1. 引言

在我国, 居民生活饮用水安全被纳入国家公共卫生安全体系, 因为这是关乎国计民生的重大问题, 虽然我国城市供水水平在经过长期的发展之后得到了很大的提高, 但城市供水中的二次供水环节中仍存在不少安全隐患。二次供水是自来水输送过程中引入污染的主要环节之一, 在一些供水管理较好的城市, 市政输配水管网硬件条件还是很不错的, 完全可以把符合国家饮用水标准的合格水源提供给本区域内居民, 但因二次供水设施差, 密闭性不强, 对于水体的防护措施不到位, 水质在储水构筑物中长时间滞留或受到不同程度污染等原因造成最后输送到居民家中的实际用水质量差, 水质达不到相关标准的要求。由此虽然出厂水在达到国家标准以后, 经过管网输送、二次储存与加压, 水质普遍发生二次恶化, 给使用二次供水的市民饮水安全带来了极大隐患。

在二次供水生产管理方面, 据重庆市卫生计生监督执法局调研数据显示, 截止2014年底, 重庆市二次供水单位1649家, 其中持有卫生许可证的仅为53%, 二次供水水箱定期消毒比例的仅为25.02%, 由此看来二次供水存在较大的安全隐患。

按照《全国城市饮用水卫生安全保障规划 (2011-2020年) 》要求, 截止2020年全部地级以上城市实施供水末梢水质卫生在线监测。城市饮用水水质卫生监督监测网络覆盖率达到100%。卫生计生监督“十三五”工作规划 (2016—2020年) (征求意见稿) 中明确指出:探索在线监测技术在饮用水监督执法领域中的应用。二次供水安全关系到广大人民群众身体健康和生命安全, 二次供水的安全问题是重大的民生问题。

长期以来, 我国水质监测仪器主要依赖进口, 国产水质监测设备市场占有率不足10%, 特别是饮用水水质在线监测仪器几乎全部依赖进口。进口水质监测仪器价格昂贵 (如:常规浊度、余氯、p H三参数设备价格约10万元) , 使用进口仪器建设二次供水水质在线监测物联网工程投资巨大 (采用进口设备多个参数在线监测工程造价约20万元) 。而二次供水点数量庞大, 进口设备的价格难以满足数量巨大的二次供水水质在线监测系统的建设要求。本项目基于前期在饮用水在线监测技术的积累 (已经研发出具有自主知识产权的饮用水水质检测核心传感器) , 攻克管网压力波动和管内大量气体或溶解气体对水质在线监测造成极大误差影响技术难题, 研发多参数二次供水水质在线监测仪器, 国产化饮用水水质在线监测装备, 降低设备成本, 替代进口, 以支撑二次供水水质在线监测物联网的大规模部署。

2. 二次供水监测技术现状

目前国内外水质参数监测采用的主要技术有化学分析、生物传感、电化学分析、色谱分离、原子光谱和分子光谱技术等。水质监测技术的发展过程可分为三个阶段:一是人工水质分析阶段, 二是水质专用监测仪器阶段, 三是水质自动监测阶段。在水质监测方面, 国外起步较早, 比如说美国, 它在20世纪中叶自动水质监测系统就已建立并代替了人工监测网络。到了20世纪70年代, 英国、日本等发达国家就对生活用水进行了在线监测工作, 当时主要监测水温、电导率、浊度等指标, 并实时将数据远程传到水质监控中心。有些发展中国家, 也在1990年左右建立了不同规模的水质在线监测系统。目前, 二次供水中比较常规参数有水温、p H、溶解氧、氧化还原电位、浊度、水位、水压和电导率等, 且技术相对成熟。

我国对水质自动监测的研究始于20世纪80年代, 对水温、电导率、浊度等指标实施监测并提供水质自动检测报告。目前我国生产水质在线监测仪器的企业虽然很多, 但产品种类少, 技术参差不齐, 稳定性差, 同时, 国内从事水质参数监测成套设备生产的厂家极少。我国经营高档水质监测仪器的企业主要是外国公司的代理商, 如:美国YSI、HACH、德国KUNTZE、意大利B&C等, 国产水质监测设备市场占有率不足10%, 特别是饮用水水质在线监测仪器几乎全部依赖进口。进口产品价格昂贵, 只有少数大型重点工程采用, 前国内市政和城镇各大型自来水厂, 主要靠直接引进国外先进的饮用水工程成套系统, 水质处理和监控系统也主要靠从国外进口。虽然我国的一些大城市已建设或正在建设水质在线监控网络, 但一体化程度和规模性较差, 这是由于水厂工艺运行管理网络、原水监测系统、城市用水终端水质监测系统, 多由不同部门建立, 相对封闭且各自独立运行, 所以不能很好满足要求。

3. 二次供水在线监测技术难点

(1) 管网压力波动和溶解气体对水质在线监测造成误差的影响及解决方法

二次供水通常采用变频电机带动增压泵对管网水压进行增压补偿, 在补偿工程中, 出水管网的压力呈现一定程度的波动变化, 以及出现大量气体 (包括:溶解气体) , 管网压力波动和溶解气体对水质在线监测造成极大程度的影响, 出现测量误差。因此, 亟待针对二次供水环境, 解决诶管网压力波动和溶解气体对水质在线监测造成误差的影响及解决方法。

(2) 电化学法的测量补偿熟悉模型

在二次供水环境中, 由于增加了蓄水箱, 自来水的温度和p H, 容易受到环境温度和空气中二氧化碳干扰, 从而引起p H和余氯等电化学法测量误差。亟待针对二次供水环境, 解决电化学法测量过程中, 温度对p H补偿的数学模型, 以及温度和p H对余氯补偿的数学模型。

(3) 二次供水余氯耗散模型与余氯含量预测技术

在二次供水环境中, 由于增加了蓄水箱, 水箱造成流动减缓, 且与大气相通, 加速了自来水中余氯耗散速度, 给自来水的安全带来一定程度的隐患。亟待针对二次供水环境, 解决二次供水余氯耗散模型与余氯含量预测技术。

(4) 关键设备与系统集成技术

攻克二次供水水质在线监测多参数一体化装备集成技术, 实现消毒剂余量、浑浊度、p H值、水温、压力等参数实时检测, 数据远程传输。攻克二次供水在线监测数据集成技术, 实现水质 (浊度、余氯、p H、温度) 、水压设备状态和设备运维数据, 增加二次供水水质、压力等实时数据显示、存储、安全异常事件报警、设备管理等功能。

4. 总结

居民生活饮用水安全是关乎国计民生的重大问题, 二次供水往往出现水质恶化显现, 给使用二次供水的市民饮水安全带来了极大隐患。本文针对二次供水的需求、市场现状, 分析了二次供水监测技术现状, 提出了二次供水在线监测技术亟待解决的4大技术难题, 为二次供水在线监测技术的研究以及相应系统的开发提供了有益的参考与建议。

摘要：本文针对二次供水的需求、市场现状, 分析了二次供水监测技术现状, 提出了二次供水在线监测技术亟待解决的4大技术难题, 为二次供水在线监测技术的研究以及相应系统的开发提供了有益的参考与建议。

关键词：二次供水,在线监测