水质垂直剖面系统在水库的应用

导言

分层是基于物质密度的分离和分层—当水被加热时，它的密度会降低，因此当地表水被太阳加热时，这种分层就会出现在我们的供水水库中。这种情况每年都会在一定程度上发生，但在较为温暖的月份会更加明显和持续。虽然这是一种自然现象，但它可能会带来一系列负面影响，我们必须采取措施来避免水质问题。

分层水库的一个问题是，沉淀到底部的较冷的水无法循环到表面，因为它实际上被“困”在较暖的水下面。这阻止了水变成含氧的更新，因此降低了溶解氧(DO)的水平。在这种低DO环境中，像锰和铁这样的金属很容易从它们在沉积物中的固态变成溶解态，进入水柱，然后进入处理厂，见图1。有些处理厂有处理溶解金属的设备处理水源水中的溶解金属，但肯定不是全部。如果它们处于溶解状态，会产生显著的味道和气味问题，并在供应系统中氧化，导致水体感观问题

分层造成的另一个可能的问题是藻华的形成。温暖的地表水促进了藻类的生长，稳定的环境使藻类聚集在水库的最佳水体区域内并促使`茁壮成长。蓝藻尤其令人担忧，因为它不仅会产生味觉和气味问题，还会产生对人和动物有害的毒素.

图1中显示了水库的分层、相对溶解度和金属在缺氧环境中的溶解情况

解决这些问题的一个非常有效的方法是使用曝气器，它将水层混合，使整个水柱的温度相近，水变得均匀,含氧量均化。虽然消除了分层的问题，使用曝气混合器费用昂贵和需要高强度维护量，需要分层水质数据的来判断曝气机使用的时间,水层位置和工作模式.

水质垂直分析系统(VPS)的应用

一个垂直水质分析系统VPS是位于水库表面的固定浮标。如图2所示，浮标上安装了多参数水质测量仪，并定期将其降低到水库通过不同的水层收集多点的数据。采集的数据包括温度、浊度、pH、DO、总藻、蓝绿藻。然后，我们就可以实时查看数据，将其作为一组图表，从上到下监控水库的水质变化趋势.

图2中显示垂直水质剖面VPS仪器安装在浮标上，以及EXO主机和传感器

水库水质分层的曝气混合

在墨尔本的供水系统中，几个主要的饮用水储备水库都有季节性的曝气装置。它们可以防止在夏季发生分层，从而降低由铁和锰引起的脏水事件的风险。近年来，墨尔本水务公司在几个水库里安装了垂直剖面系统(VPS)，增加了详细的实时水质数据.休格洛夫水库是墨尔本最大的水库之一，容量96GL，最大水深75米。从历史数据看，在一年中较温暖的月份里，水库需要定期、持续的机械混合。.

来自休格洛夫水库垂直水质剖面(VPS)的数据，形成的模型可以预测水库在不同环境和曝气运行条件下的响应，控制增氧机运行周期和工作模式。完成水库的分层区域充分混合,维持一个间歇运行,节约能源。

图3.增氧机稳定运行6个月(当前运行，显示最佳混合)

图4.连续运行曝气器3个月，然后在接下来的3个月以12小时的开关周期运行

总结

试验期间水库垂直水质剖面VPS的水质数据,有效监控水库水体的水质分层的变化趋势.

垂直水质剖面的温度数据指导曝气机间歇操作，充分实现了水体的混合，避免产生水质问题.

YSI的水质剖面仪能实现的水体剖面的自动准确定位,完成重现性的水体剖面深度定位的水质参数测量.EXO2的传感器监测水库水体剖面的原位水质数据,充分反映湖泊的水质变化，垂直系统能满足水库（垂直水柱的不同水深）的数据变化的测量的需要,保证饮用水的安全.