一种基于多参数监测的供水管网末端水质恶化控制的自动排放水装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于多参数监测的供水管网末端水质恶化控制的自动排放水装置及方法。该装置包括监测系统、数据传输存储系统和控制排放系统。监测系统由浊度在线分析仪、DO电极探头和ORP电极探头构成，数据传输存储系统由GPRS无线模块、路由器、远程控制电脑构成，控制排放系统由PLC主控器以及与其相连的浊度仪触摸屏、DO和ORP触摸屏、1号电动阀门、2号电动阀门、接地线、“就地/远程”开关、电动阀门开关构成。本发明适用于控制城镇供水管网末梢用户由于用水量少及用水间隔时间长而引起的水质恶化问题。装置在监测到管道内水质指标超标前开启排放直至水质达到预设标准，获取水质信息准确迅速,是保障管网末梢水质安全的一种有效装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动排放水装置及使用方法，特别是关于一种基于多参数监测的供水管网末端水质恶化控制的自动排放水装置及其使用方法。

背景技术

水源水质和市政供水管网水质仍然是“从源头到龙头”的系统中存在较多问题的环节，水源的水质问题可以通过源头控制和净水厂得到一定程度的解决，但是各项水质指标均达到国家饮用水标准的出厂水进入管网输配系统后，仍存在复杂的物理、化学和微生物过程的水质变化和转化，进而影响末端水质。水质化学转化主要包括以下几个方面：(1)发生沉积、沉淀结晶等化学反应，并表现为细小颗粒物质(如碳酸钙)等浓度升高或在管壁沉积。(2)水体与管壁发生电化学腐蚀，导致腐蚀产物释放到水体以及水中金属离子浓度升高。(3)水体中某些组分会与管壁腐蚀瘤中释放出的金属离子形成可溶性络合物，而使水体中重金属浓度大大提升，例如铅离子会与氨氮形成络合物。同时由于处在末端，水体中余氯浓度水平基本衰减为零，微生物再次大量繁殖，微生物在管道内壁附着形成生物膜，在滞流情况下生物膜中某些微生物会脱落到水体中增大饮用水生物安全风险。某些微生物同样会影响腐蚀，有研究表明，电化学腐蚀和微生物腐蚀的协同作用机制将加速管壁腐蚀和水质恶化，从而使得水质安全风险极大增加。末端管网水质不达标往往表现为Fe、Mn等金属离子超标和细菌总量超标，而以上指标目前还很难实现在线监测或由于在线监测的建设维护成本过高而无法实施。因此有必要考虑寻找一些关联指标，这些指标既方便在线监测，同时与以上指标又存在内在可靠的模型关系。在此基础上，根据关联指标的监测判断，来实现对末端管网水质的达标控制，保障饮用水水质安全。本发明采用实时监测供水管网末梢的水质相关指标的变化而采取及时排水的措施来预防出现“黄水”“黑水”的问题，避免对末端用户的日常生活用水以及用水安全造成危害。

发明内容

本发明之目的在于克服现有技术的不足，为改善供水管网末梢水质提供一种自动排放水装置。该装置工艺简单，操作方便，工作可靠性高，能快速、准确地获取水质参数信息，可在管网末梢用户出现“黄水”、“红水”等问题之前，将恶化的水质自动排放，保障供水管网末端用户用水安全。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于多参数监测的供水管网末端水质恶化控制的自动排放水装置包括监测系统、数据传输存储系统和控制排放系统，监测系统由浊度在线分析仪、DO电极探头和ORP电极探头构成，浊度在线分析仪、DO电极探头和ORP电极探头安装在管网末梢的供水管道中，并通过信号线连接于PLC主控器上；数据传输存储系统由GPRS无线模块、路由器、远程控制电脑构成，GPRS无线模块连接于PLC主控器，路由器与GPRS无线模块连接，远程控制电脑接收路由器发出的数据信息并储存；控制排放系统由PLC主控器以及与其相连的浊度仪触摸屏、DO和ORP触摸屏、1号电动阀门、2号电动阀门、接地线、“就地/远程”开关、电动阀门开关构成，PLC主控器通过接收远程控制电脑发出的开关阀门指令，控制1号电动阀门和2号电动阀门的开启与关闭。

所述的浊度在线分析仪、DO电极探头和ORP电极探头直接安装在供水管道上，DO电极探头和ORP电极探头安装有必要的保护套，且保护套的长度大于电极探头的长度，避免水流流动时对电极探头产生直接冲击。

所述的PLC主控器采用SIEMENS S7-300系列。

所述的供水管道上安装有闸阀，可关闭阀门以便于相关运行设备的检修。

所述的GPRS无线模块可将PLC主控器中的数据传送给远程控制电脑。

所述的GPRS无线模块采用4G通讯方式，确保数据传送的实时和稳定。

所述的浊度在线分析仪、DO电极探头和ORP电极探头的信号线长度均小于3米，减小因信号在传送过程中的衰减而造成与实际值有所偏差。

所述基于多参数监测的供水管网末端水质恶化控制的自动排放水装置的使用方法，包括以下步骤：

装置开始运行：先将PLC主控器的工作状态由“就地”切换成“远程”，远程控制电脑上设置铁锰浓度和可培养细菌总数的数值上限以及水的排放时间和静置时间，当浊度在线分析仪、DO电极探头和ORP电极探头监测到供水管道中的某一水质参数指标经PLC主控器转换后达到远程控制电脑上设置的铁锰浓度和可培养细菌总数指标的上限时，PLC主控器通过信号线控制的2号电动阀门开启，1号电动阀门关闭，当2号电动阀门开启时间达到所设置的排放时间后即关闭，同时1号电动阀门开启，静置一段时间后，当浊度在线分析仪、DO电极探头和ORP电极探头监测到的水质参数经PLC主控器转换后仍处于远程控制电脑的设置的上限时，2号电动阀门再次开启，1号电动阀门关闭，直至管道中监测的水质参数符合预设标准为止。

所述使用方法步骤中的远程控制电脑可以设置水的排放时间和静置时间以及可在不同的温度范围内分别设置铁锰浓度和可培养细菌总数的上限。

所述使用方法步骤中的DO电极探头在监测水体溶解氧的同时亦能监测水温，并将结果反馈给PLC主控器，PLC主控器根据监测到的水温自动调用对应温度范围内的铁锰浓度和可培养细菌总数的上限。

本发明采用以上技术方案，具有以下优点：(1)该装置能实时、稳定在线监测管网末梢水质变化，可以为研究相关水质变化规律提供数据参考；(2)该装置能够依据监测到水质参数值科学进行排水，在最大程度上节省水资源；(3)该装置能准确、迅速获取水质信息，及时自动排放管网末梢恶化的水，避免对末梢用户日常生活用水造成影响。

附图说明

图1为自动排放水的控制装置工艺流程图；

图2为本发明的探头电极安装示意图；

图3为本发明的探头电极安装详图；

图中：路由器 1、GPRS无线模块 2、PLC主控箱 3、浊度仪触摸屏 4、DO和ORP触摸屏 5、浊度在线分析仪 6、信号线 7、DO电极探头 8、ORP电极探头 9、2号电动阀门 10、1号电动阀门 11、“就地/远程”手动开关 12、电动阀门开关13、远程控制电脑 14、闸阀 15、电极探头保护套 16、接地线 17。

具体实施方式

下面结合附图和实施例本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明是一种基于多参数监测的供水管网末端水质恶化控制的自动排放水装置，包括监测系统、数据传输存储系统和控制排放系统。监测系统由浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9构成，浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9安装在管网末梢的供水管道中，并通过信号线7连接于PLC主控器3上；数据传输存储系统由GPRS无线模块2、路由器1、远程控制电脑14构成，GPRS无线模块2连接于PLC主控器3，路由器1与GPRS无线模块2连接，远程控制电脑14接收路由器1发出的数据信息并储存；控制排放系统由PLC主控器3以及与其相连的浊度仪触摸屏4、DO和ORP触摸屏5、1号电动阀门11、2号电动阀门10、“就地/远程”开关12、电动阀门开关13构成，PLC主控器3通过接收远程控制电脑14运行软件发出的开关阀门指令，控制1号电动阀门11和2号电动阀门10的开启与关闭。

如图2和3所示，浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9直接安装在供水管道上，DO电极探头8和ORP电极探头9安装有必要的保护套16，且保护套16的长度大于电极探头的长度，避免因水流流动时对电极探头产生直接冲击。

PLC主控器3采用性能优越的SIEMENS S7-300系列。

供水管道上安装有闸阀15，可关闭阀门以便于相关运行设备的检修。

PLC主控器3悬挂安装且接有地线16，避免因漏电等事故对人及装置造成危害。

1号电动阀门11和2号电动阀门10均可接收模拟量信号，可受PLC主控器3的控制。

GPRS无线模块2可将PLC主控器3中的数据传送给远程控制电脑14。

GPRS无线模块2采用4G通讯方式，确保数据传送的实时和稳定。

浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9的信号线7长度均采用小于3米，减少信号在传送过程中衰减而造成与实际值偏差较大。

本发明的自动排放水装置用于监测的供水管网末端水质恶化控制可按如下实施例步骤进行：

实施例1

a)分别在春夏秋冬四个季节采集某地区供水管网末端的水样，每个季节平均采集9次，每次采集时长为24小时，且采集过程中每隔1小时采取一次水质。分别检测水质参数：溶解氧、氧化还原电位、浊度、铁锰浓度、可培养细菌总数。

b)按照不同温度范围:0-15℃、15-25℃、25-35℃这三档的温度下分别建立氧化还原电位、溶解氧、浊度与铁锰浓度、可培养细菌总数之间的关系模型，将关系模型公式编辑输入PLC主控器3的控制程序中，以达到通过氧化还原电位、溶解氧、浊度的监测来控制水体中铁、锰浓度以及可培养菌总数的变化

c)装置开始运行：PLC主控器3的工作状态由“就地”切换成“远程”，远程控制电脑14上设置铁锰浓度和可培养细菌总数的数值上限以及水的排放时间和静置时间，当浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9监测到供水管道中的任一水质指标经PLC主控器3关系模型数值转换后达到远程控制电脑14上设置的铁锰浓度和可培养细菌总数的上限时，PLC主控器3通过信号线7控制的2号电动阀门10开启，1号电动阀门11关闭，当2号电动阀门10开启时间达到所设置的排放时间后即关闭，同时1号电动阀门11开启，静置一段时间后，当浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9监测到的水质参数经PLC主控器转换后仍处于远程控制电脑14的设置的上限时，2号电动阀门10再次开启，1号电动阀门11关闭，直至管道中监测的水质参数符合预设标准为止。

实施例2

在PLC主控器3内直接输入氧化还原电位、溶解氧、浊度与铁锰浓度、可培养细菌总数之间的经验模型、经验关系式或已有的关系模型。

装置开始运行：PLC主控器3的工作状态由“就地”切换成“远程”，远程控制电脑14上设置Fe、Mn浓度和可培养细菌总数的数值上限以及水的排放时间和静置时间，当浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9监测到供水管道中的任一水质指标经PLC主控器3内的关系式或模型转换后达到远程控制电脑14上设置的铁锰浓度和可培养细菌总数的数值上限时，PLC主控器3通过信号线7控制的2号电动阀门10开启，1号电动阀门11关闭，当2号电动阀门10开启时间达到所设置的排放时间后即关闭，同时1号电动阀门11开启，静置一段时间后，当浊度在线分析仪6、DO电极探头8和ORP电极探头9监测到的水质参数经PLC主控器转换后仍处于远程控制电脑14的设置的上限时，2号电动阀门10再次开启，1号电动阀门11关闭，直至管道中监测的水质参数符合预设标准为止。

在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对装置的个别设备进行改进和等同变换，均不排除在本发明的保护范围之内。