甘丹科技河北有限公司作者
一、方案背景
pH 值:反映水體的酸堿度,一般飲用水的 pH 值應(yīng)在 6.5 - 8.5 之間。pH 值過高或過低都會(huì)影響水的化學(xué)穩(wěn)定性和口感,甚至對輸水管道和設(shè)備造成腐蝕。
濁度:衡量水的渾濁程度,是反映水中懸浮物含量的重要指標(biāo)。生活飲用水的濁度通常要求不超過 1 NTU(特殊情況不超過 3 NTU),濁度越低,說明水質(zhì)越清澈,水中的懸浮物和膠體物質(zhì)越少。
余氯:余氯是保證飲用水在輸送過程中持續(xù)殺菌消毒的關(guān)鍵指標(biāo)。我國規(guī)定生活飲用水中余氯含量在與水接觸 30 分鐘后應(yīng)不低于 0.3mg/L,在管網(wǎng)末梢水中不應(yīng)低于 0.05mg/L 。
水溫:水溫會(huì)影響水的化學(xué)反應(yīng)速度、微生物生長繁殖以及水處理工藝的效果。一般來說,水溫的變化范圍在 0 - 35℃之間,過高或過低的水溫可能會(huì)影響后續(xù)的處理工藝和水質(zhì)穩(wěn)定性。
電導(dǎo)率:用于衡量水體中可溶性鹽類、離子等物質(zhì)的含量,反映水的導(dǎo)電能力。電導(dǎo)率與水中的總?cè)芙夤腆w(TDS)有一定的相關(guān)性,通常電導(dǎo)率越高,水中的雜質(zhì)含量相對越多。生活飲用水的電導(dǎo)率一般在 50 - 500μS/cm 之間。
重金屬指標(biāo):如鉛、汞、鎘、鉻等重金屬離子,這些物質(zhì)對人體健康具有極大的危害,即使在極低濃度下長期攝入也可能導(dǎo)致慢性中毒。我國對飲用水中重金屬含量有嚴(yán)格的,例如鉛的含量不得超過 0.01mg/L,汞的含量不得超過 0.001mg/L 。
有機(jī)物指標(biāo):包括化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、總有機(jī)碳(TOC)等,用于評(píng)估水中有機(jī)物的含量。有機(jī)物的存在不僅會(huì)影響水的感官性狀,還可能與消毒劑反應(yīng)生成有害的副產(chǎn)物。
微生物指標(biāo):主要監(jiān)測細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群、耐熱大腸菌群等。微生物超標(biāo)會(huì)引發(fā)腸道疾病等健康問題,生活飲用水中要求細(xì)菌總數(shù)不得超過 100CFU/mL,總大腸菌群、耐熱大腸菌群每 100mL 水樣中不得檢出。
pH 傳感器:選用哈希(HACH)Solitax SC pH 傳感器,該傳感器采用先進(jìn)的玻璃電極技術(shù),測量范圍為 0 - 14pH,精度可達(dá) ±0.01pH,響應(yīng)時(shí)間短,能夠快速準(zhǔn)確地測量水體的 pH 值。傳感器具有自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能,可消除溫度變化對測量結(jié)果的影響,確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
濁度傳感器:推薦使用梅特勒 - 托利多(METTLER TOLEDO)InPro8600 濁度傳感器,其采用紅外散射原理,測量范圍為 0 - 1000 NTU,分辨率高達(dá) 0.001 NTU,適用于不同濁度范圍的水樣測量。該傳感器具備自動(dòng)清洗功能,可有效防止傳感器表面附著雜質(zhì),減少維護(hù)工作量,延長使用壽命。
余氯傳感器:選擇 E+H 公司的 CLS15D 余氯傳感器,該傳感器采用極譜法原理,測量范圍為 0 - 5mg/L,精度為 ±0.01mg/L 。傳感器具有良好的抗干擾能力,能夠在復(fù)雜的水質(zhì)環(huán)境下準(zhǔn)確測量余氯含量,并且支持在線校準(zhǔn),保證測量數(shù)據(jù)的可靠性。
重金屬離子傳感器:對于重金屬離子的監(jiān)測,可選用德國 WTW 公司的 Multi 3630 IDS 多參數(shù)水質(zhì)分析儀配套的重金屬離子傳感器模塊,如鉛離子傳感器、汞離子傳感器等。該系列傳感器采用伏安法或離子選擇電極法,具有靈敏度高、檢測限低的特點(diǎn),能夠快速準(zhǔn)確地檢測水中微量重金屬離子的濃度。
有機(jī)物傳感器:推薦使用島津(SHIMADZU)TOC - L 總有機(jī)碳分析儀,該儀器采用燃燒氧化 - 非分散紅外吸收法,測量范圍為 0.001 - 7500mg/L,可精確測量水中的總有機(jī)碳含量。同時(shí),可配套使用島津的 UV2550 紫外可見分光光度計(jì),用于檢測水中的 COD、BOD 等有機(jī)物指標(biāo),具有測量速度快、準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)。
微生物傳感器:目前市場上較為先進(jìn)的微生物傳感器如瑞士梅里埃(bioMérieux)的 BacT/ALERT 3D 微生物快速檢測系統(tǒng),采用熒光探測技術(shù),能夠快速檢測水中的細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群等微生物指標(biāo),檢測時(shí)間短,靈敏度高,可有效提高微生物檢測的效率和準(zhǔn)確性。
數(shù)據(jù)采集器:選用研華(Advantech)ARK - 3500 嵌入式數(shù)據(jù)采集器,該采集器具有豐富的通信接口(如 RS232、RS485、以太網(wǎng)接口等),可方便地與各類傳感器進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸。采集器支持多種通信協(xié)議,如 Modbus、TCP/IP 等,具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力,能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和緩存,確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。
無線傳輸模塊:對于采用無線傳輸方式的場景,可選用華為 5G 工業(yè)級(jí)通信模塊 ME909s - 821,該模塊支持 5G 網(wǎng)絡(luò),傳輸速率快,穩(wěn)定性高,能夠滿足大量水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸需求。同時(shí),也可選用 RAKWireless 的 LoRaWAN 無線模塊 RAK831,適用于低功耗、遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸場景,可實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的穩(wěn)定通信。
光纖收發(fā)器:在采用光纖傳輸?shù)膱鼍跋?,選用烽火(FiberHome)AN5516 - 04 光纖收發(fā)器,該設(shè)備支持 10/100/1000Mbps 自適應(yīng)以太網(wǎng)接口,具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能夠保證水質(zhì)數(shù)據(jù)在光纖網(wǎng)絡(luò)中的高速穩(wěn)定傳輸。
安裝位置選擇:根據(jù)自來水廠的工藝流程和水質(zhì)監(jiān)測需求,合理選擇傳感器的安裝位置。例如,pH 傳感器、濁度傳感器和余氯傳感器可安裝在水廠的沉淀池出水口、過濾池出水口和清水池出水口等關(guān)鍵位置,以便實(shí)時(shí)監(jiān)測不同處理階段的水質(zhì)變化;重金屬離子傳感器、有機(jī)物傳感器和微生物傳感器可安裝在出廠水管道上,確保出廠水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí),傳感器的安裝位置應(yīng)便于維護(hù)和校準(zhǔn),避免安裝在水流湍急、容易產(chǎn)生氣泡或雜質(zhì)聚集的區(qū)域。
安裝方式:傳感器的安裝應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書的要求進(jìn)行操作。對于插入式傳感器,需在管道上開孔并安裝合適的安裝附件,確保傳感器探頭能夠與水體充分接觸;對于流通式傳感器,應(yīng)安裝在專門設(shè)計(jì)的流通池中,保證水樣能夠穩(wěn)定、均勻地流過傳感器探頭。安裝過程中要注意傳感器的密封和防水處理,防止水分進(jìn)入傳感器內(nèi)部損壞電子元件。
數(shù)據(jù)采集器安裝:數(shù)據(jù)采集器應(yīng)安裝在干燥、通風(fēng)良好、便于操作和維護(hù)的控制柜內(nèi)。將數(shù)據(jù)采集器的電源接口、通信接口與相應(yīng)的電源線、信號(hào)線連接牢固,確保連接正確無誤。安裝完成后,對數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行上電測試,檢查設(shè)備是否正常啟動(dòng),各指示燈是否顯示正常。
無線傳輸模塊和光纖收發(fā)器安裝:無線傳輸模塊應(yīng)安裝在信號(hào)良好的位置,避免受到金屬障礙物的遮擋。將無線傳輸模塊與數(shù)據(jù)采集器通過串口或以太網(wǎng)接口連接,并按照說明書進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和參數(shù)設(shè)置。光纖收發(fā)器的安裝應(yīng)遵循光纖布線規(guī)范,確保光纖連接牢固、無彎折,避免光纖信號(hào)衰減。安裝完成后,對無線傳輸模塊和光纖收發(fā)器進(jìn)行通信測試,檢查數(shù)據(jù)傳輸是否正常。
傳感器調(diào)試:傳感器安裝完成后,需對其進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試。使用標(biāo)準(zhǔn)溶液對 pH 傳感器、余氯傳感器等進(jìn)行零點(diǎn)和量程校準(zhǔn),確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對于濁度傳感器、重金屬離子傳感器等,可采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或已知濃度的水樣進(jìn)行測試,檢查傳感器的測量精度和響應(yīng)時(shí)間是否符合要求。調(diào)試過程中,若發(fā)現(xiàn)傳感器測量數(shù)據(jù)異常,應(yīng)及時(shí)檢查傳感器的安裝、連接和參數(shù)設(shè)置,排除故障。
數(shù)據(jù)采集與傳輸調(diào)試:檢查數(shù)據(jù)采集器與各類傳感器之間的通信是否正常,確保數(shù)據(jù)采集器能夠準(zhǔn)確采集到傳感器的測量數(shù)據(jù)。對傳輸層的通信設(shè)備進(jìn)行調(diào)試,測試數(shù)據(jù)在不同傳輸方式下的傳輸速率、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過模擬數(shù)據(jù)傳輸場景,檢查數(shù)據(jù)是否能夠完整、準(zhǔn)確地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層,若出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、錯(cuò)誤或延遲等問題,及時(shí)調(diào)整通信參數(shù)和設(shè)備設(shè)置。
系統(tǒng)聯(lián)調(diào):完成傳感器和數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備的調(diào)試后,進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。將整個(gè)在線監(jiān)測系統(tǒng)的各個(gè)部分連接起來,進(jìn)行全面的功能測試。檢查數(shù)據(jù)處理層是否能夠正確接收、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù),應(yīng)用層是否能夠?qū)崟r(shí)顯示準(zhǔn)確的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、生成各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表和報(bào)警信息。通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào),確保整個(gè)在線監(jiān)測系統(tǒng)各部分協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)對自來水廠水質(zhì)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測。
傳感器維護(hù):定期對傳感器進(jìn)行清潔和保養(yǎng),清除傳感器表面的污垢、雜質(zhì)和生物膜,防止其影響測量準(zhǔn)確性。對于需要更換電解液或膜片的傳感器,按照規(guī)定的周期進(jìn)行更換。定期對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn),確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。建立傳感器維護(hù)檔案,記錄傳感器的安裝時(shí)間、維護(hù)內(nèi)容、校準(zhǔn)結(jié)果等信息,便于跟蹤傳感器的運(yùn)行狀態(tài)和維護(hù)情況。
數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備維護(hù):定期檢查數(shù)據(jù)采集器、無線傳輸模塊、光纖收發(fā)器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),查看設(shè)備的指示燈是否正常,電源是否穩(wěn)定,通信接口是否松動(dòng)。清理設(shè)備表面的灰塵,保持設(shè)備通風(fēng)良好,防止設(shè)備過熱損壞。定期對設(shè)備進(jìn)行軟件升級(jí)和補(bǔ)丁更新,修復(fù)系統(tǒng)漏洞,提高設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。
數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)設(shè)備維護(hù):對數(shù)據(jù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù),檢查服務(wù)器的硬件狀態(tài),包括 CPU 使用率、內(nèi)存使用率、硬盤空間等,確保服務(wù)器正常運(yùn)行。定期對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份,防止數(shù)據(jù)丟失。優(yōu)化數(shù)據(jù)庫性能,清理無用數(shù)據(jù),建立合理的數(shù)據(jù)索引,提高數(shù)據(jù)查詢和處理效率。
故障監(jiān)測與報(bào)警:建立完善的故障監(jiān)測機(jī)制,通過系統(tǒng)的自檢功能和報(bào)警模塊,實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)異常情況。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值時(shí),系統(tǒng)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào),并通過短信、郵件、聲光報(bào)警等方式通知相關(guān)維護(hù)人員。報(bào)警信息應(yīng)包含故障設(shè)備名稱、故障類型、故障發(fā)生時(shí)間和具體位置等詳細(xì)信息,以便維護(hù)人員快速定位和處理故障。
故障診斷與排除:維護(hù)人員接到報(bào)警信息后,應(yīng)及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障診斷和排除。通過檢查設(shè)備的運(yùn)行日志、錯(cuò)誤代碼、測量數(shù)據(jù)等信息,分析故障原因。對于常見的設(shè)備故障,如傳感器損壞、通信線路故障、數(shù)據(jù)采集器死機(jī)等,可按照故障處理流程進(jìn)行快速修復(fù);對于復(fù)雜的故障問題,可聯(lián)系設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)支持人員進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)助或現(xiàn)場維修。故障排除后,對設(shè)備進(jìn)行全面測試,確保設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行,并記錄故障處理過程和結(jié)果,以便后續(xù)分析和總結(jié)。
操作人員培訓(xùn):對自來水廠的操作人員進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn),使其熟悉水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的操作流程和使用方法。培訓(xùn)內(nèi)容包括系統(tǒng)的登錄、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表生成、報(bào)警設(shè)置等基本操作,以及常見問題的處理方法。通過理論講解和實(shí)際操作相結(jié)合的方式,確保操作人員能夠熟練操作在線監(jiān)測系統(tǒng),準(zhǔn)確獲取水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。
維護(hù)人員培訓(xùn):對系統(tǒng)的維護(hù)人員進(jìn)行專業(yè)技術(shù)培訓(xùn),使其掌握各類監(jiān)測設(shè)備的工作原理、安裝調(diào)試方法、維護(hù)保養(yǎng)要求和故障診斷處理技術(shù)。培訓(xùn)內(nèi)容包括傳感器的校準(zhǔn)和更換、數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備的維修、數(shù)據(jù)處理軟件的維護(hù)等方面。邀請?jiān)O(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)專家進(jìn)行現(xiàn)場授課和指導(dǎo),提高維護(hù)人員的技術(shù)水平和實(shí)際操作能力,確保能夠及時(shí)、有效地對在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理。
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