水質(zhì)垂直剖面系統(tǒng)在水庫(kù)的應(yīng)用

導(dǎo)言

分層是基于物質(zhì)密度的分離和分層—當(dāng)水被加熱時(shí)，它的密度會(huì)降低，因此當(dāng)?shù)乇硭惶柤訜釙r(shí)，這種分層就會(huì)出現(xiàn)在我們的供水水庫(kù)中。這種情況每年都會(huì)在一定程度上發(fā)生，但在較為溫暖的月份會(huì)更加明顯和持續(xù)。雖然這是一種自然現(xiàn)象，但它可能會(huì)帶來一系列負(fù)面影響，我們必須采取措施來避免水質(zhì)問題。

分層水庫(kù)的一個(gè)問題是，沉淀到底部的較冷的水無法循環(huán)到表面，因?yàn)樗鼘?shí)際上被“困"在較暖的水下面。這阻止了水變成含氧的更新，因此降低了溶解氧(DO)的水平。在這種低DO環(huán)境中，像錳和鐵這樣的金屬很容易從它們?cè)诔练e物中的固態(tài)變成溶解態(tài)，進(jìn)入水柱，然后進(jìn)入處理廠，見圖1。有些處理廠有處理溶解金屬的設(shè)備處理水源水中的溶解金屬，但肯定不是全部。如果它們處于溶解狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生顯著的味道和氣味問題，并在供應(yīng)系統(tǒng)中氧化，導(dǎo)致水體感觀問題

分層造成的另一個(gè)可能的問題是藻華的形成。溫暖的地表水促進(jìn)了藻類的生長(zhǎng)，穩(wěn)定的環(huán)境使藻類聚集在水庫(kù)的最佳水體區(qū)域內(nèi)并促使`茁壯成長(zhǎng)。藍(lán)藻尤其令人擔(dān)憂，因?yàn)樗粌H會(huì)產(chǎn)生味覺和氣味問題，還會(huì)產(chǎn)生對(duì)人和動(dòng)物有害的毒素.

圖1中顯示了水庫(kù)的分層、相對(duì)溶解度和金屬在缺氧環(huán)境中的溶解情況

解決這些問題的一個(gè)非常有效的方法是使用曝氣器，它將水層混合，使整個(gè)水柱的溫度相近，水變得均勻,含氧量均化。雖然消除了分層的問題，使用曝氣混合器費(fèi)用昂貴和需要高強(qiáng)度維護(hù)量，需要分層水質(zhì)數(shù)據(jù)的來判斷曝氣機(jī)使用的時(shí)間,水層位置和工作模式.

水質(zhì)垂直分析系統(tǒng)(VPS)的應(yīng)用

一個(gè)垂直水質(zhì)分析系統(tǒng)VPS是位于水庫(kù)表面的固定浮標(biāo)。如圖2所示，浮標(biāo)上安裝了多參數(shù)水質(zhì)測(cè)量?jī)x，并定期將其降低到水庫(kù)通過不同的水層收集多點(diǎn)的數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)包括溫度、濁度、pH、DO、總藻、藍(lán)綠藻。然后，我們就可以實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)，將其作為一組圖表，從上到下監(jiān)控水庫(kù)的水質(zhì)變化趨勢(shì).

圖2中顯示垂直水質(zhì)剖面VPS儀器安裝在浮標(biāo)上，以及EXO主機(jī)和傳感器

水庫(kù)水質(zhì)分層的曝氣混合

在墨爾本的供水系統(tǒng)中，幾個(gè)主要的飲用水儲(chǔ)備水庫(kù)都有季節(jié)性的曝氣裝置。它們可以防止在夏季發(fā)生分層，從而降低由鐵和錳引起的臟水事件的風(fēng)險(xiǎn)。近年來，墨爾本水務(wù)公司在幾個(gè)水庫(kù)里安裝了垂直剖面系統(tǒng)(VPS)，增加了詳細(xì)的實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù).休格洛夫水庫(kù)是墨爾本最大的水庫(kù)之一，容量96GL，最大水深75米。從歷史數(shù)據(jù)看，在一年中較溫暖的月份里，水庫(kù)需要定期、持續(xù)的機(jī)械混合。.

來自休格洛夫水庫(kù)垂直水質(zhì)剖面(VPS)的數(shù)據(jù)，形成的模型可以預(yù)測(cè)水庫(kù)在不同環(huán)境和曝氣運(yùn)行條件下的響應(yīng)，控制增氧機(jī)運(yùn)行周期和工作模式。完成水庫(kù)的分層區(qū)域充分混合,維持一個(gè)間歇運(yùn)行,節(jié)約能源。

圖3.增氧機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月(當(dāng)前運(yùn)行，顯示最佳混合)

圖4.連續(xù)運(yùn)行曝氣器3個(gè)月，然后在接下來的3個(gè)月以12小時(shí)的開關(guān)周期運(yùn)行

總結(jié)

試驗(yàn)期間水庫(kù)垂直水質(zhì)剖面VPS的水質(zhì)數(shù)據(jù),有效監(jiān)控水庫(kù)水體的水質(zhì)分層的變化趨勢(shì).

垂直水質(zhì)剖面的溫度數(shù)據(jù)指導(dǎo)曝氣機(jī)間歇操作，充分實(shí)現(xiàn)了水體的混合，避免產(chǎn)生水質(zhì)問題.

YSI的水質(zhì)剖面儀能實(shí)現(xiàn)的水體剖面的自動(dòng)準(zhǔn)確定位,完成重現(xiàn)性的水體剖面深度定位的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量.EXO2的傳感器監(jiān)測(cè)水庫(kù)水體剖面的原位水質(zhì)數(shù)據(jù),充分反映湖泊的水質(zhì)變化，垂直系統(tǒng)能滿足水庫(kù)（垂直水柱的不同水深）的數(shù)據(jù)變化的測(cè)量的需要,保證飲用水的安全.