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 18 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。