| 消毒系统包括氯添加系统或紫外光照消毒系统。该系统通过定时开关控制，根据系统设定的浓度要求，在单位时间内开启消毒系统，进行加液或者紫外消毒操作。系统通过增加消毒室的流路截面积来降低流速，与之匹配的消毒加液池的实际体积为2L。较大的消毒池体积可延长自来水在内的停留时间，保证消毒的彻底性，这是由于尽管一般的病毒和细菌的杀灭时间仅维持在0.3-0.5秒，但是草履虫类污染物的杀灭时间需要长达7秒。本研究选用了UVC段的238nm紫外线灯做紫外线消毒。
4.系统原型设计、测试与验证
在现场测试前，首先对内建有效氯测量的模型进行验证。在0-20ppm的浓度区间里，以2ppm为间隔，配制11份氯溶液。通过碘量法进行标定，获得准确的浓度值。之后用克拉克电极进行测试，将两种方法测定的数据进行相关性分析，结果如图8所示。线性拟合结果显示模型的准确度非常高，R值为0.995，传感器表现出了良好的线性。
图8有效氯内建模型测试效果
在实验室对系统软硬件进行现场模拟测试，共制作了4个测试终端。每个终端都有完整的测试、控制和无线传输模块。为方便测试，这4个终端被放置在开阔的实验场上，而中央接收器放在与之相距300米的实验室中。实验人员分别为这5个发射与接收系统在中国移动公司购买了5个号码。
模拟测试时，将自来水注入4个500L的塑料桶中，分别静置0、12、24、48h。碘量法检测结果表明，这4桶水的有效氯浓度分别为0.54、0.33、0.12、0ppm。再将这4桶水在实验场上间隔5米并排放置，通过一个隔膜泵将水持续抽出，抽水隔膜泵通过PWM方法进行调速，将工作流速设定为5L/min，因而整个测试过程持续约100min。抽出的水注入到相应的管道中，管道连接测试调控系统，可对流过的水进行在线检测。消毒系统根据检测到的实际有效氯浓度进行相应的处理，即如果高于0.5ppm，系统无动作，仅将数据向中央接收器传输，水厂相应调整消毒液浓度；如果低于0.5ppm，高于0.3ppm，紫外线灯工作和向中央接收器汇报；如果低于0.3ppm，则开启加液泵，将管路中有效氯浓度调节至0.3ppm后，进行紫外消毒，并向中央接收器汇报。
采用以上系统，首先对放置0h的自来水进行测试，测试结果为0.54ppm，高于程序设定的消毒工组浓度0.5ppm，因此，在整个测试过程，消毒系统没有任何动作。对于放置12h的自来水，系统的实测值为0.33ppm，低于程序设定的0.5ppm，高于启动加液泵的设定值0.3ppm。对于此，整个消毒系统的动作如表1所示。由表可见，整个流程以紫外消毒为主，然而在40与50分钟的时候，出现了加液泵动作，这是由于克拉克电极工作的波动造成的，克拉克电极的显示屏显示也予以支持，显示此时的浓度为0.28和0.30ppm。此外，流量计的数据显示流速为5L/min，所以自来水在2L消毒加液测试池的滞留时间平均为24s，大于设计要求的7s的时间，因此可以做到完全消毒。
表1消毒系统对12h自来水的控制效果
|
延时放置时间/min
|
紫外消毒
|
加液泵
|
克拉克测试浓度/ppm
|
|
0
|
√
|
×
|
0.33
|
|
10
|
√
|
×
|
0.33
|
|
20
|
√
|
×
|
0.32
|
|
30
|
√
|
×
|
0.33
|
|
40
|
×
|
√
|
0.30
|
|
50
|
×
|
√
|
0.28
|
|
60
|
√
|
×
|
0.33
|
|
70
|
√
|
×
|
0.36
|
|
80
|
√
|
×
|
0.32
|
|
90
|
√
|
×
|
0.34
|
|
100
|
√
|
×
|
0.32
|
对于放置24h和48h的自来水，其实测浓度为0.12和0ppm。因此，根据设定程序判断，在实际操作过程中，紫外照射系统并不工作，而由消毒液添加系统来负责消毒。程序中设定的添加消毒剂浓度目标被维持在0.30-0.40ppm之间，添加量是通过实测的氯浓度和流量计流速进行前馈计算获得。计算出的添加量被转换成加液泵的工作速度。该测试中，将氯消毒剂的母液浓度输入测控系统，以0.35ppm为调控目标浓度，进行实际的测试结果如图9所示。将20min至100min的9个数据平均，48h组的数据平均值为0.354ppm，变异系数为6.2%；24h组的平均值为0.367，变异系数为7.2%。由数据可知，浓度基本控制在了0.30-0.40ppm之间，达到系统消毒要求。
图9测控系统对自来水中消毒剂的浓度控制
5.结论
本项目主要针对监控方法所涉及的在线生产过程的实时监测和二次污染的检测与补救。通过将消毒、加液和通讯模块进行有效整合所构建的城市水网消毒监控系统，可以对自来水供给过程进行监控与反馈调节，同时保证自来水的饮用安全。项目研究采用较为前沿的无线传感网路技术，结合次氯酸检测技术，建立一套可以实时的检测系统，同时与总控系统进行交互，实现对城市用水质量的调控和二次消毒的目的。我们在实验室对该系统进行了实地测试，结果表明：以民用建筑的二次供水为目标，根据实测的余氯浓度，结合有效氯添加和238nm紫外消毒方法，可将消毒池有效氯浓度控制在0.3ppm，该项目目前只针对水中的次氯酸进行监测，但以此为平台，进一步还可以检测给水系统终端的多种有害物质的二次污染问题，从而做到对城市供水系统进行全区域，不间断、不遗漏的监控，进一步保障城市生活用水安全。 3/4 首页 上一页 1 2 3 4 下一页 尾页 |
