CN102362037B - 用于监测饮用水管网中的水质的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测水质的设备(30)，该设备被设计成安装在用于向用户分配水的管(18)上。本发明的特征在于该设备包括：探测器(32)，其用于测量在管中流动的水的至少一个参数；污染检测装置(46)，若有污染的话，该污染检测装置基于探测器执行的测量来检测污染的发生；逆流检测装置(36)，其用于检测所述管中的逆流；用于对管中的水消毒的消毒装置(40)和/或用于关闭管的截止阀；和控制构件(50)，其基于由污染检测装置和逆流检测装置提供的数据来启动消毒装置和/或截止阀，由此检测输送到用户或从用户返回的水的质量。

Description

用于监测饮用水管网中的水质的设备和方法

技术领域

本发明涉及饮用水分配管网中的水质控制领域。 

背景技术

目前，虽然管网中的水质处于全面控制之下，但是由于水管破裂或破损，或者由于回水(water being returned)，或者甚至由于污染物被故意侵入饮用水管网中，仍会出现点源污染(spot contamination)或致污。 

术语“回水”用于表示水流以异常方式从用户流向引用水管网。 

某些用水大户，例如：医院、托儿所、养老院、餐馆、和接待公众的更普遍机构，都对污染风险尤为敏感。 

为了监测管网中的水质，文献WO2007/011352建议在供给处(靠近用户)用过滤及净水筒(filter and purification cartridges)对水进行过滤和净化。 

该系统的缺点是需要定期更换过滤及净水筒，这带来高成本和不便。而且发现，在严重的污染事件中，用过滤筒不足以阻止污染。 

文献US 6 245 224描述了一种用于监测水质的设备，但是它没有考虑回水的情况。而且，该设备非常复杂，以至于其需要处于管网中的多个水质传感器、流量传感器、双向通信系统、和用于分析数据的中心系统。 

本发明的目的是提供一种用于监测水质的监测设备，并且被设计成与用于向用户供水的水管连接，该设备试图克服上述缺点。 

发明内容

本发明通过这样的设备实现该目标，该设备包括： 

探测器，其用于测量在管中流动的水的至少一个参数； 

污染检测装置，若有污染的话，所述污染检测装置基于探测器执行的测量来检测污染的发生； 

逆流检测装置，其用于检测所述管中的逆流； 

用于对管中的水消毒的消毒装置和/或用于关闭管的截止阀；和 

控制构件，其依据由污染检测装置和逆流检测装置提供的数据来启动消毒装置和/或截止阀，由此监测输送到用户或从用户返回的水的质量。 

因此，借助于本发明，消毒装置仅在需要时(换言之，仅在检测到污染时)才被启动。因此，引起消毒装置操作所需要的能量减少。 

另外，在严重污染的情况下，截止阀被启动以关闭管，从而使得如果污染源自分配管网，则保护用户，或者如果污染源自用户，则保护管网。 

而且，与现有技术的安全装置相比，对回水的管理有所改进，也就是说，只有在检测到污染的同时，逆流检测装置检测到发生回水时，优选地启动消毒装置和/或截止阀。 

该设备的另一个优点在于它是独立的。而且，与现有技术不同的是，一旦整个设备被装配到连接用户和管网其余部分的管，则本发明的设备能使得用户在局部受到保护。 

优选地，本发明还包括耗量表，耗量表包括所述逆流检测装置。 

耗量表是测量用户消耗的水的体积的设备。仪表由操作者定期读取或者由远程读取装置自动读取。 

优选地，设备还包括警报装置，警报装置用于警告用户并被设计成依据污染检测装置和逆流检测装置所提供的数据而被启动。 

因此，如果检测到发生污染，或者甚至如果检测到发生回水还伴随检测到发生污染，则触发警报以警告用户。 

在优选的实施例中，该设备还包括传送单元，传送单元用于将污染检测装置和逆流检测装置获取的信息连同消毒装置的状态和/或阀的状态一起传送到控制中心。 

控制中心收集来自饮用水管网的所有设备的信息。因此，警报也被传送到控制中心。优选地用无线传送装置来进行传送。 

需要时，控制中心能够绘制出污染分布图并且可能关闭管网的一个或多个管，从而为用户提供保护。 

优选地，由探测器测量的所述参数至少取自：氯浓度，导电性，温度，浑浊度，和有机物浓度。 

还优选地，探测器是多传感器型，也就是说其测量多个参数。 

另外，探测器优选地在不使用任何试剂且不会将水排到管以外的情况下执行测量。 

换句话说，测量在不浪费水的情况下进行。 

优选地，而且与现有技术不同的是，本发明的消毒装置不使用任何消耗品(如过滤筒)，或者任何试剂，由此本发明的设备付出的操作成本和环境足迹(environmental footprint)比现有技术少。 

优选地，消毒装置包括产生氧化剂的电化学系统，氧化剂的类型例如包括呈各种形式的氯，或者甚至包括过氧化剂、过碳酸盐，或者甚至包括臭氧。 

因此，氧化剂是就地产生，所以可以避免在用户住宅储存化学制品。 

优选地，消毒装置包括紫外线灯，紫外线灯可选地与上述电化学系统结合在一起。 

在本发明的特别优选的方案中，探测器测量至少两个参数，并且污染检测装置包括用于执行所述至少两个参数的相关分析的装置。 

文献FR 2 911 960中说明了对多个参数执行相关分析的原则。基于对一组本身不相关但同时采集的指标的交叉分析，可以确认有理由采取安全措施的质量问题，即使问题的本性没有被精确地确定。借助于该算法，可以从随机变率(accidental variability)识别出测量参数中的本质变率(natural variability)，因此避免错误警报。自然地，而且不超出本发明的范围，污染检测系统可基于任何其它算法，例如触发临界值型算法。 

本发明还提供一种分配管网，其包括：多个管，用于向用户分配水，和本发明的至少一个设备，所述设备安装在所述管的至少一个上。 

该设备优选地安装在连接管上，即，安装在连接管网的主管和输送点(用户)的管上。 

优选地，本发明的分配管网还包括控制中心，其接收由污染检测装置和逆流检测装置提供的信息连同消毒装置的状态和/或阀的状态，控制中心还包括对该设备的控制构件进行远程控制的装置。 

因此，如果检测到一个或多个用户发生污染，控制中心适于启动截止阀和/或适于启动管网的任何监测设备中的消毒装置。结果，如果检测到一个用户发生污染，控制中心的操作员可以例如启动与检测到发生污染的用户相邻的多个用户的安全装置。 

优选地，控制中心还包括水力模型和/或质量模型，其接收由污染检测装置提供的数据，以便若有污染的话，对检测到的污染在管网中的扩散进行预测。 

因此，本发明使得分配管网能够被全部监测。预测污染将如何扩散使得可以为保护用户安全而快速地定向测量。 

最后，本发明提供一种控制分配管网中的水的质量的方法，分配管网包括至少一个本发明的监测设备，在该方法中，当检测到逆流和/或当检测到发生污染时，启动消毒装置和/或截止阀。 

如上所述，截止阀是优选地，但不是排他地，当同时检测到发生污染和发生回水时，启动截止阀。 

优选地，如果消毒装置和/或截止阀被启动，则触发警报。 

附图说明

在阅读以下以非限制性示例的方式给出的实施例的详细描述时，本发明能被更好的理解并且其优点得到更好地展现。描述内容涉及以下附图： 

图1示出了包括本发明的多个监测设备的饮用水分配管网的一部分；和 

图2示出了本发明的监测设备的一个实施例。 

具体实施方式

图1中所示的饮用水分配管网10相当于由一个或多个自来水厂(在此未图示)供给的主管网的下游部分。 

管网10由蓄水池12(具体而言为水塔)供给，蓄水池12自身经由此处未图示的管道连接到主管网。 

通常，通过用于长距离输水的输水管14从蓄水池12取出饮用水。多个分配管16连接到输水管14，接着每个用户15(或订户)经由连接管18连接到分配管16。术语“用户”用于表示消费水的个人或一群人，例如连接到相同连接管的医院、托儿所、公寓大楼、或者多个个人住宅。应理解的是，在大多情况下，连接管18的直径显著地小于输水管14和分配管16的直径。 

管网10优选地还装配有传感器20(即，压力传感器类型或者流量传感器类型的液力传感器)，而且还装配有用于测量特定化学物(例如氯)的浓度的传感器。 

在图1的示例中，传感器20安装在管网10的其中一个节点22处，以及蓄水池12的直接出口处。自然地，所显示的传感器的数量不被限制，可以设置更多数量的传感器，而且它们可以设置在其他位置处。 

根据本发明，分配管网10具有多个监测设备30，其具体安装在连接管18上。 

在本发明中，监测设备30(如图2中更清晰可见的)包括安装在连接管上的多传感器型探测器32，其位于该设备的沿着管18的、相对于正常流动方向F的上游端。 

探测器32在不会将水排到管18以外且无需使用试剂的情况下执行测量。 

另外，探测器32适于测量多个参数，即：氯浓度、导电性、水温、浑浊度、以及有机物浓度。具体地，探测器32优选地由多个传感器组成。 

在探测器32的下游，设备30还包括耗量表34，其装配有本身公知的远距离读数装置，它们本身是已知的。耗量表34还包括逆流检测装置36。术语“逆流”用于表示沿着与正常方向F相反的方向流动的水流，正常方向是从管网到用户的方向。 

设备30还包括截止阀38，当截止阀38被启动时，其用于封闭连接管18。 

另外，设备30包括：设置在耗量表34下游的消毒装置40，截止阀38，和探测器32。该消毒装置40包括电化学系统42，在管18中就地产生氧化剂，而且优选地还包括紫外线(UV)灯44。在该示例中，氧化剂是过氧化剂、臭氧、羟基自由基(hydroxyl radicals)和呈各种形式的氯。因此可理解的是，当消毒装置被启动时，其用于对管18中流动的水进行消毒。 

设备30还包括污染检测装置46，其通过无线传送装置48连接到探测器32。 

污染检测装置的功能是若有污染的话，污染检测装置基于探测器32执行的测量来检测污染的发生。具体地，检测装置实施的是文献FR 2 911 960中描述的相关分析算法。 

例如，如果同时检测到从管网10流向用户15的正常水流的氯浓度下降而浑浊度上升，则表示水可能被污染。这种污染可能源自破损，或者源自管网10中覆盖管内壁的生物膜脱落。 

为了启动截止阀38和消毒装置40，监测装置30还包括连接到检测装置46以及还连接到截止阀38和消毒装置40的控制构件50。 

控制构件50优选地通过传送装置48连接到截止阀和消毒装置40。 

因此，控制构件的功能是同时地或者分别地控制污染检测装置46和截止阀38。 

在第一操作模式中，如果污染检测装置46检测到污染，则控制构件启动消毒装置40。如果逆流检测装置未检测到发生回水，那么通常不启动截止阀，除非检测到的污染特别严重。 

相反，在第二操作模式，如果同时检测到发生污染和回水，则启动截止阀以关闭管18。这防止致污物扩散到管网中。在该第二操作模式中，可选地启动消毒装置。 

例如，伴有温度升高的回水表示饮用水分配管网可能连接到用户的热水管网。这会导致用户住宅出现军团杆菌(legionnella)的风险，或者如果大量水回流，甚至会导致分配管网10被污染的风险。根据本发明，依据流入管网10的水量和检测到的污染类型来确定回水的严重性。 

监测设备30还包括警报装置以告知用户15发生污染。 

根据本发明的优选方案，分配管网10还包括其功能是控制管网10的操作的控制中心60。为此，控制中心60包括计算机处理器系统，其用于为管网中的水力特性和水质建模。因此，控制中心60包括水力模型，其联接到所谓的“质量”模型，例如氯浓度下降率模型。应说明的是，这样的模型是已知的。 

具体而言，控制中心接收来自多个传感器20以及来自监测设备30的信息。 

换言之，每个监测设备30包括传送单元49，其用于将来自污染检测装置46和来自逆流检测装置36的信息发送到控制中心60。传送单元49还将截止阀38的“开”或“关”的状态连同消毒装置40的“启动”或“未启动”状态一起发送到控制中心。 

该信息被供给到水力模型和质量模型，其使得以全面方式监控分配管网 成为可能。具体地，水力模型和质量模型优选地可以模拟在管网的一些特定位置处检测到的污染扩散，而且在需要时引发预防措施。为此，控制中心60还包括对管网10的各种监测设备的控制构件50进行远程控制的装置。 

因此，当在一个或多个用户15处检测到污染时，控制中心60适于如上述模型所预测的那样对位于沿扩散方向下游的用户15的监测设备30的截止阀38进行启动。也可以设想针对管网10的隔离部分的其它准则。 

另外，在本发明中，管网10的控制中心60适于基于通过污染检测装置46获得的信息来识别受污染的区域。 

而且，优选地，在监测设备30内传送以及在设备30与控制中心60之间传送的数据优选被编码。 

Claims (14)

1.一种用于监测水质的监测设备(30)，其被设计成安装在用于从接收来自输水管的水的分配管向用户(15)输送水的连接管上，所述设备的特征在于，其包括：

探测器(32)，所述探测器(32)用于测量在所述连接管中流动的水的至少一个参数；

污染检测装置(46)，若有污染的话，所述污染检测装置(46)基于所述探测器执行的测量来检测污染的发生；

逆流检测装置(36)，所述逆流检测装置(36)用于检测所述连接管中的逆流；

用于对所述连接管中的水消毒的消毒装置(40)；

用于关闭所述连接管的截止阀(38)；和

控制构件(50)，所述控制构件(50)依据由所述污染检测装置和所述逆流检测装置提供的数据来启动所述消毒装置(40)和/或所述截止阀(38)，由此监测输送到用户或从用户返回的水的质量，

整个所述设备被装配到连接用户和管网其余部分的所述连接管，并且靠近用户。

2.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述设备还包括耗量表(34)，所述耗量表(34)包括所述逆流检测装置(36)。

3.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述设备还包括警报装置，所述警报装置用于警告用户(15)并被设计成依据所述污染检测装置(46)和所述逆流检测装置(36)提供的数据而被启动。

4.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述设备还包括传送单元(49)，所述传送单元(49)用于将所述污染检测装置(46)和所述逆流检测装置(36)获取的信息连同所述消毒装置(40)的状态和/或所述截止阀(38)的状态一起传送到分配管网(10)的控制中心(60)。

5.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述参数至少取自：氯浓度、导电性、温度、浑浊度、和有机物浓度。

6.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述消毒装置(40)包括产生氧化剂的电化学系统(42)。

7.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述消毒装置包括紫外线灯(44)。

8.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述探测器测量至少两个参数，并且所述污染检测装置(46)包括用于执行所述至少两个参数的相关分析的装置。

9.根据权利要求1所述的监测设备，其中，所述探测器(32)在不使用任何试剂且不会将水排到所述连接管以外的情况下执行测量。

10.一种分配管网(10)，包括：接收来自至少一个输水管的水的多个分配管(16)；连接到所述分配管的多个连接管(18)，所述连接管(18)用于向用户分配水；和至少一个根据权利要求1所述的设备(30)；至少一个所述设备整体地安装在所述连接管(18)中的一个上。

11.根据权利要求10所述的分配管网，其中，所述分配管网还包括控制中心(60)，所述控制中心(60)接收由所述污染检测装置(46)和所述逆流检测装置(36)提供的信息连同所述消毒装置的状态和/或所述截止阀的状态，并且所述控制中心还包括对所述设备的控制构件进行远程控制的装置。

12.根据权利要求11所述的分配管网，其中，所述控制中心(60)还包括水力模型和/或质量模型，所述水力模型和/或所述质量模型接收由所述污染检测装置(46)提供的数据，以便若有污染的话，对检测到的污染在管网中的扩散进行预测。

13.一种控制分配管网中的水的质量的方法，所述分配管网包括至少一个根据权利要求1所述的设备，在该方法中，当检测到逆流和/或当检测到污染时，启动所述消毒装置(40)和/或所述截止阀(38)。

14.根据权利要求13所述的控制分配管网中的水的质量的方法，其中，如果所述消毒装置(40)和/或所述截止阀(38)被启动，则触发警报。