CN104181894A - 基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺及系统，采用基于工业以太网的数据传输网络，传输命令控制设备，同时传输在线水质传感器反馈的水质数据，从而实现远自动调节制水工艺和智能计量。基于水质的实时变化，反馈调节制水工艺；根据水源水质反馈，在多个水源供水的情况下，主动切换选取到水源较好处，并根据水质进化速率，动态调节取水流量，从水源上保证供水的安全，在保证水质合格为基准，动态、精确调节、快速、实时的调剂药剂投加量；根据水质中的氨氮含量，调节气浮池风机转速，风机数量，使气浮池工艺达到最佳效果。再通过历史水质数据对比，预测水质，预定制水工艺和药剂投加量，对水质预警，并能启动水质污染应急措施。

Description

基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺及系统

技术领域

本发明属于农村饮水安全制水工艺设施的远程自动控制技术领域，涉及基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺及系统。

背景技术

当前全国各地正在加快建设农村饮水安全民生工程，拟解决农村饮水不安全问题。现有的集中供水工程通过配水井、絮凝沉淀池、滤池、清水池、加药加氯间等构筑常规处理工艺，使出水水质等达到农村饮水安全标准。农村饮水安全民生工程能提高居民生活水平，促进居民生活安定；也能带动了地方经济发展，和平安定，提高人民生产水平，进一步解放生产，为全面建设和谐的小康社会提供了保障。

但是，由于农村饮水安全推广过程的阶段性限制，当前农村集中供水工程的控制工艺独立分布于不同的位置，控制和信息获取均分散实现，缺乏对整个集中供水工程设备工作情况的整体掌握，极大的增加了工作人员的操作难度和工作量，存在大量人为不可控安全因素；同时缺乏对每个制水环节水质的实时追踪，容易造成集中供水工程生产工艺上流程的缺失从而导致安全供水质量事故，不利于现代化的管理机制和农村饮水安全民生工程的推广。

近年来，工业自动化和传感设备快速发展，已逐渐达到成熟、稳定、可靠。基于传感器的工艺反馈调节控制方法在工业工艺流水线领域显示出极强的优势。但是，由于农村饮水安全工程还处于初级阶段，仅重视工程土木建设，缺乏把这种成熟稳定的工业控制技术，引进到农村水处理工艺控制上。

发明内容

本发明的目的在于提供基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺，解决了现有的农村饮用水制水系统不能对各个制水环节进行质量检测，不能保证水质品质。

本发明的另一个目的是提供基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺系统。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：取水，通过多台水泵或阀门高处引水将各类源水抽入水厂；

步骤2：远程管网控制，对供水管网的水质、压力、流量进行监测，通过反馈的数据进行调节，工作人员在远程管网控制中心对整个集中供水工程的各种设备进行实时监控与控制，调配系统的独立运行参数，对设备状态变化趋势进行智能判断，同时为工作人员的决策提供数据支持，并且对水质工业控制模块设定参数；

步骤3：水质工艺控制，通过在线监测水源水质和出厂水质数据来控水质检测设备、制取水设备，加药设备、加氯设备、氨氮检测设备的工作；

步骤4：加药加氯后与水充分混合，将大的絮凝物沉淀到池底排出；

步骤5：进行进一步絮凝沉淀，对小的絮凝物进行沉淀；

步骤6：进入气浮池，去除污水中的悬浮物；

步骤7：对气浮池进行氨氮检测，主要是检测水中的氨氮含量，检测氨氮含量是否在规定范围以内；

步骤8：气浮池中经过检验合格的水进入无阀滤池，经气浮处理后的水流到无阀滤池进行过滤处理，将剩余的细小的悬浮物过滤掉；

步骤9：通过药剂配置与投加设备对无阀滤池进行再次加氯后，对处理后的水进行消毒杀菌，进入清水池；

步骤10：通过远程管网控制设备对清水池的水进行供水管网控制，对送水管网水质进行监测，反馈自动调节控制设备，完成送水至用户。

进一步，所述步骤3的过程具体为：

1)首先对水源水质检测，检测浊度、氨氮、COD、毒性，目的是防止水质超标的水源进入水厂；

2)取水水源切换，对于有多处水源的水厂，选择优质水源，防止水质超标的水源进入水厂；

3)控制药剂配置与投加，根据监测到的水质数据自动调节加药加氯量。

进一步，所述步骤3中，药剂与氯为按工艺要求制备的混凝剂，及二氧化氯，为达到混凝和消毒的目的，系统通过实时监测水中的二氧化氯、浊度含量，自动调节二氧化氯、混凝剂实现对药剂投剂精确控制，从而实现精细化工艺控制。

应用于此种工艺的系统，其特征在于：包括取水设备，取水设备连接各个水源地，水源地均安装有水源水质检测设备，水源水质检测设备将各个水源地的检测信息传送给水质工艺控制设备，水质工艺控制设备对检测信息处理后控制取水水源切换设备，取水水源切换设备控制取水设备选择水源地进行取水，将取得的水送入混合池，水质工艺控制设备连接控制药剂配置与投加设备对混合池中的水投放混凝剂，并且进行前加氯，混合池连接絮凝沉淀池，混凝剂和氯在混合池中与水充分混合后进入絮凝沉淀池进行絮凝沉淀，然后进入气浮池，去除污水中的悬浮物，经过气浮池处理后水进入无阀滤池中，在无阀滤池中剩余的细小的悬浮物被过滤掉，水质工艺控制设备控制氨氮检测设备检测气浮池中的水质，将检测结果反馈给水质工艺控制设备，水质工艺控制设备对信息处理后按照设定的模式控制药剂配置与投加设备对无阀滤池中的水进行后加氯，对水进行消毒杀菌，将消毒杀菌后的清水输送至清水池内储存，远程管网控制中心通过控制信号线连接供水管网，发布控制命令给供水管网，供水管网连接送水设备，供水管网接收到控制命令后控制送水设备送水，送水设备从清水池中抽水，将清水通过供水管网送给用户，远程管网控制中心还连接有水质工艺控制设备，对水质工艺控制设备进行参数调整。

本发明的有益效果是可对农村饮用水制水系统各个环节进行把控，保证了制水品质。

附图说明

图1是本发明基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

安全饮用水的最终目的是为客户提供安全可靠的自来水。水源水通过取水系统进入水厂，经过一系列的处理工艺后，最终从配水管网输送到用户。饮用水必须保持一定的药剂量，但是另一方面饮用水中过多的药剂量会对人的身体健康有害。为了保证管网中各点水质达标，保证细菌、总大肠菌等细菌学指标符合要求，同时又要减少消毒进化副产物的含量，就建立优化水处理工艺模型和管网中水质进行监测。

本发明工艺采用以下步骤：

步骤1：取水，通过多台水泵或阀门高处引水将各类源水抽入水厂，对于某些水厂，水源不止一处，通过水质在线监测可以将受到污染的水源切除，防止受到污染的源水进入水厂。

步骤2：远程管网控制，远程对水质工艺控制设备进行控制，远程管网控制主要是对供水管网的水质、压力、流量等监测，通过反馈的数据进行调节。工作人员在远程管网控制中心对整个集中供水工程的各种设备进行实时监控与控制，调配系统的独立运行参数，对设备状态变化趋势进行智能判断，同时为工作人员的决策提供数据支持，并且对水质工业控制模块设定参数。

步骤3：水质工艺控制，水质工艺控制，通过在线监测水源水质和出厂水质数据来控水质检测设备、制取水设备，加药设备、加氯设备、氨氮检测设备的工作；

1.首先对水源水质检测，主要检测浊度、氨氮、COD、毒性等，目的是防止水质超标的水源进入水厂。

2.取水水源切换，对于有多处水源的水厂，选择优质水源，防止水质超标的水源进入水厂。

3.控制药剂配置与投加，根据监测到的水质数据(浊度、余氯等)自动调节加药加氯量。主要是通过前馈比例投加和反馈自动调节相结合的方式进行控制。药剂配置主要是药剂浓度的配置，浓度不同投加的量就有差别。

药剂与氯为按工艺要求制备的混凝剂，及二氧化氯，达到混凝和消毒的目的。系统通过实时监测水中的二氧化氯、浊度含量，自动调节二氧化氯、混凝剂实现对药剂投剂精确控制，从而实现精细化工艺控制。

步骤4：经过步骤3中药剂配置与投加后的取水池的水进入混合池，混合池是水处理里的一个工艺过程，就是一格一格的小池子，水流经混合池主要是减缓水流速度，让药剂与水充分混合反应(絮凝)，将大的絮凝物沉淀到池底排出。

混凝包括混合与絮凝，即地表水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥。

步骤5：进入絮凝沉淀，絮凝沉淀也是一步工艺流程，里面有斜管，水流经斜管进一步沉淀，对小的絮凝物进行沉淀。

步骤6：进入气浮池，气浮池也是一步工艺流程，去除污水中的悬浮物：利用大量微小气泡与悬浮物结合，使悬浮物上浮到污水表面，然后收集处理这些悬浮物。

步骤7：对气浮池进行氨氮检测，主要是检测水中的氨氮含量，检测氨氮含量是否在规定范围以内。

步骤8：气浮池中经过检验合格的水进入无阀滤池，经气浮处理后的水流到无阀滤池进行过滤处理，将剩余的细小的悬浮物过滤掉。

步骤9：通过药剂配置与投加设备对无阀滤池进行再次加氯后，对处理后的水进行消毒杀菌，进入清水池；

步骤10：通过远程管网控制设备对清水池的水进行供水管网控制，对送水管网水质进行监测，反馈自动调节控制设备，完成送水至用户。

自动加药控制站采用多参数复合环控制方法，即根据原水流量、浊度进行前馈控制，根据水沉淀后的浊度反馈进行复合环控制。从而既能迅速响应原水的水质变化，快速调节加矾量，又能自动跟踪水浊度进行适当调整，在保证沉淀后水浊度指标的同时节约矾耗。

应用于本发明工艺的一种系统，包括取水设备1，取水设备1连接各个水源地，可从不同水源地取水，水源地均安装有水源水质检测设备2，水源水质检测设备2将各个水源地的检测信息传送给水质工艺控制设备3，水质工艺控制设备3对检测信息处理后控制取水水源切换设备4，取水水源切换设备4控制取水设备1选择水源地进行取水，将取得的水送入混合池5，水质工艺控制设备3连接控制药剂配置与投加设备6对混合池5中的水投放混凝剂，并且进行前加氯，混合池5连接絮凝沉淀池7，混凝剂和氯在混合池5中与水充分混合后进入絮凝沉淀池7进行絮凝沉淀，然后进入气浮池8，去除污水中的悬浮物，经过气浮池8处理后水进入无阀滤池9中，在无阀滤池9中剩余的细小的悬浮物被过滤掉，水质工艺控制设备3控制氨氮检测设备10检测气浮池8中的水质，将检测结果反馈给水质工艺控制设备3，水质工艺控制设备3对信息处理后按照设定的模式控制药剂配置与投加设备6对无阀滤池9中的水进行后加氯，对水进行消毒杀菌，此时，从水源地取得的水将变为适于用户使用的清水，将此清水输送至清水池11内储存，远程管网控制中心12通过控制信号线连接供水管网13，发布控制命令给供水管网13，供水管网13连接送水设备14，供水管网13接收到控制命令后控制送水设备14送水，送水设备14从清水池11中抽水，将清水通过供水管网13送给用户，远程管网控制中心12还连接有水质工艺控制设备3，对水质工艺控制设备3进行参数调整。

本发明的目的是将基于水质监测的制水工艺反馈调节控制方法，应用在农村饮水安全工程中。通过硬件与软件的充分配合，彻底解决供水水质可能出现的不安全事故，同时将水厂工艺优化为最合理、最经济的运行方式。本发明采用基于工业以太网的数据传输网络，传输命令控制设备，同时传输在线水质传感器反馈的水质数据，从而实现远自动调节制水工艺和智能计量。基于水质的实时变化，反馈调节制水工艺；根据水源水质反馈，在多个水源供水的情况下，主动切换选取到水源较好处，并根据水质进化速率，动态调节取水流量，从水源上保证供水的安全。根据水质中二氧化氯细菌、藻类的数量动态切换前、后加氯管道，在保证水质合格为基准，动态、精确调节、快速、实时的调剂药剂投加量；根据水质中的氨氮含量，调节气浮池风机转速，风机数量，使气浮池工艺达到最佳效果。再通过历史水质数据对比，预测水质，预定制水工艺和药剂投加量，对水质预警，并能启动水质污染应急措施。

整个制水过程只需要预设制水所需水量和水质达标标准，不需要人工干预，非常智能化。

本发明的实现对水厂源水及生产过程中水质参数的在线监测，实时掌握水源地源水中氨氮、亚硝酸盐、高锰酸盐、浊度、碱度及硬度的水质变化，预防水源地污染事故的发生；监控生产流程中浊度、余氯、二氧化氯等各项控制指标的完成情况，实现监测数据自动传输；由中控室的计算机进行数据汇总、整理；根据集中供水工程处理工艺要求，对工艺设备的运行参数进行调整，以保证整个水厂生产系统安全可靠地运行；同时优化工艺过程，精确控制投药设备的加药量，达到经济运行的目的。

本发明的优点是：充分利用工业自动化和传感的成熟稳定的优点，通过水厂自动化工艺的改进和反馈调节控制方法的配合，不仅彻底解决供水水质可能出现的不安全事故，同时将水厂工艺优化为最合理、最经济的运行方式，使农村饮水安全工程的优势充分发挥，更为民生工程推广提供了有利条件：

1.精确药剂投放。在水厂的生产工艺流程中，水处理是极为重要的一个环节，药剂中药剂指标直接关系到供水的安全性。药剂投放系统结合反馈调节的模糊控制技术，可以对集中供水站消毒、絮凝药剂控制系统，进行反馈控制，达到供水彻底消毒和维持残余药剂标准范围的目标，确保供水安全同时节约药剂。依照GB5749《生活饮用水卫生标准》，本着“保质保量，高效低耗”的宗旨。

2.制水工艺的整体自动调度。基于水质监测的制水工艺反馈调节控制方法对整个水厂的工艺流程自动调度，工艺设备的运行参数进行实时调整。在水质良好时以最经济的工艺运行，在洪水期以最安全的工艺运行，在水源污染时以最快的方式预警，以保证整个水厂生产系统安全可靠地运行，同时优化制水工艺流程。

3.基于水质监测的制水工艺反馈调节控制方法以高可靠性的工业化控制技术为核心，降低供水工程管理工作人员的工作量，做到少职守，最终实现无人职守，规范供水工程的运行流程，确保农村饮水供水质量安全。

本发明系统可由中控室和多个PLC控制站组成，各设备之间通过以太网通讯，实现集中监控和管理、以及数据共享。一体化自动控制系统建成后将改变现有供水站设备分散、操作复杂、无法获取到水质信息等状况，提高现有设备利用效率，降低现场工作人员劳动强度，提高供水效率，保障用水安全。系统通过实时在线水质监测设备对源水水质情况进行监测，并对水质变化进行预警预报，保障供水站源水安全，能有效阻止供水事故的发生。在综合控制中心将实现整个厂区的设备状态监控，对整个厂区的控制设备进行远程控制，实时掌握水厂设备运行状态，减轻工作人员的劳动强度，同时系统将对历史数据进行实时记录为水厂领导决策提供丰富的数据支持。本方法实现水质在线监测，实时掌握水厂供水的水质状况，预警预报水质污染事故。系统能够自动实现水样的连续等比例采样，完成PH值、电导率、浊度、溶解氧、温度、余氯等参数的在线监测，最后通过以太网把信息传输到控制中心。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：取水，通过多台水泵或阀门高处引水将各类源水抽入水厂；

步骤2：远程管网控制，对供水管网的水质、压力、流量进行监测，通过反馈的数据进行调节，工作人员在远程管网控制中心对整个集中供水工程的各种设备进行实时监控与控制，调配系统的独立运行参数，对设备状态变化趋势进行智能判断，同时为工作人员的决策提供数据支持，并且对水质工业控制模块设定参数；

步骤3：水质工艺控制，通过在线监测水源水质和出厂水质数据来控水质检测设备、制取水设备，加药设备、加氯设备、氨氮检测设备的工作；

步骤4：加药加氯后与水充分混合，将大的絮凝物沉淀到池底排出；

步骤5：进行进一步絮凝沉淀，对小的絮凝物进行沉淀；

步骤6：进入气浮池，去除污水中的悬浮物；

步骤7：对气浮池进行氨氮检测，主要是检测水中的氨氮含量，检测氨氮含量是否在规定范围以内；

步骤8：气浮池中经过检验合格的水进入无阀滤池，经气浮处理后的水流到无阀滤池进行过滤处理，将剩余的细小的悬浮物过滤掉；

步骤9：通过药剂配置与投加设备对无阀滤池进行再次加氯后，对处理后的水进行消毒杀菌，进入清水池；

步骤10：通过远程管网控制设备对清水池的水进行供水管网控制，对送水管网水质进行监测，反馈自动调节控制设备，完成送水至用户。

2.按照权利要求1所述基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺，其特征在于：所述步骤3的过程具体为：

1)首先对水源水质检测，检测浊度、氨氮、COD、毒性，目的是防止水质超标的水源进入水厂；

2)取水水源切换，对于有多处水源的水厂，选择优质水源，防止水质超标的水源进入水厂；

3)控制药剂配置与投加，根据监测到的水质数据自动调节加药加氯量。

3.按照权利要求1所述基于水质监测的农村安全制水反馈调节工艺，其特征在于：所述步骤3中，药剂与氯为按工艺要求制备的混凝剂，及二氧化氯，为达到混凝和消毒的目的，系统通过实时监测水中的二氧化氯、浊度含量，自动调节二氧化氯、混凝剂实现对药剂投剂精确控制，从而实现精细化工艺控制。

4.应用于权利要求1所述工艺的系统，其特征在于：包括取水设备(1)，取水设备(1)连接各个水源地，水源地均安装有水源水质检测设备(2)，水源水质检测设备(2)将各个水源地的检测信息传送给水质工艺控制设备(3)，水质工艺控制设备(3)对检测信息处理后控制取水水源切换设备(4)，取水水源切换设备(4)控制取水设备(1)选择水源地进行取水，将取得的水送入混合池(5)，水质工艺控制设备(3)连接控制药剂配置与投加设备(6)对混合池(5)中的水投放混凝剂，并且进行前加氯，混合池(5)连接絮凝沉淀池(7)，混凝剂和氯在混合池(5)中与水充分混合后进入絮凝沉淀池(7)进行絮凝沉淀，然后进入气浮池(8)，去除污水中的悬浮物，经过气浮池(8)处理后水进入无阀滤池(9)中，在无阀滤池(9)中剩余的细小的悬浮物被过滤掉，水质工艺控制设备(3)控制氨氮检测设备(10)检测气浮池(8)中的水质，将检测结果反馈给水质工艺控制设备(3)，水质工艺控制设备(3)对信息处理后按照设定的模式控制药剂配置与投加设备(6)对无阀滤池(9)中的水进行后加氯，对水进行消毒杀菌，将消毒杀菌后的清水输送至清水池(11)内储存，远程管网控制中心(12)通过控制信号线连接供水管网(13)，发布控制命令给供水管网(13)，供水管网(13)连接送水设备(14)，供水管网(13)接收到控制命令后控制送水设备(14)送水，送水设备(14)从清水池(11)中抽水，将清水通过供水管网(13)送给用户，远程管网控制中心(12)还连接有水质工艺控制设备(3)，对水质工艺控制设备(3)进行参数调整。