水質垂直剖面系統在水庫的應用

導言

分層是基于物質密度的分離和分層—當水被加熱時，它的密度會降低，因此當地表水被太陽加熱時，這種分層就會出現在我們的供水水庫中。這種情況每年都會在一定程度上發生，但在較為溫暖的月份會更加明顯和持續。雖然這是一種自然現象，但它可能會帶來一系列負面影響，我們必須采取措施來避免水質問題。

分層水庫的一個問題是，沉淀到底部的較冷的水無法循環到表面，因為它實際上被“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環境中，像錳和鐵這樣的金屬很容易從它們在沉積物中的固態變成溶解態，進入水柱，然后進入處理廠，見圖1。有些處理廠有處理溶解金屬的設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，會產生顯著的味道和氣味問題，并在供應系統中氧化，導致水體感觀問題

分層造成的另一個可能的問題是藻華的形成。溫暖的地表水促進了藻類的生長，穩定的環境使藻類聚集在水庫的最佳水體區域內并促使`茁壯成長。藍藻尤其令人擔憂，因為它不僅會產生味覺和氣味問題，還會產生對人和動物有害的毒素.

圖1中顯示了水庫的分層、相對溶解度和金屬在缺氧環境中的溶解情況

解決這些問題的一個非常有效的方法是使用曝氣器，它將水層混合，使整個水柱的溫度相近，水變得均勻,含氧量均化。雖然消除了分層的問題，使用曝氣混合器費用昂貴和需要高強度維護量，需要分層水質數據的來判斷曝氣機使用的時間,水層位置和工作模式.

水質垂直分析系統(VPS)的應用

一個垂直水質分析系統VPS是位于水庫表面的固定浮標。如圖2所示，浮標上安裝了多參數水質測量儀，并定期將其降低到水庫通過不同的水層收集多點的數據。采集的數據包括溫度、濁度、pH、DO、總藻、藍綠藻。然后，我們就可以實時查看數據，將其作為一組圖表，從上到下監控水庫的水質變化趨勢.

圖2中顯示垂直水質剖面VPS儀器安裝在浮標上，以及EXO主機和傳感器

水庫水質分層的曝氣混合

在墨爾本的供水系統中，幾個主要的飲用水儲備水庫都有季節性的曝氣裝置。它們可以防止在夏季發生分層，從而降低由鐵和錳引起的臟水事件的風險。近年來，墨爾本水務公司在幾個水庫里安裝了垂直剖面系統(VPS)，增加了詳細的實時水質數據.休格洛夫水庫是墨爾本最大的水庫之一，容量96GL，最大水深75米。從歷史數據看，在一年中較溫暖的月份里，水庫需要定期、持續的機械混合。.

來自休格洛夫水庫垂直水質剖面(VPS)的數據，形成的模型可以預測水庫在不同環境和曝氣運行條件下的響應，控制增氧機運行周期和工作模式。完成水庫的分層區域充分混合,維持一個間歇運行,節約能源。

圖3.增氧機穩定運行6個月(當前運行，顯示最佳混合)

圖4.連續運行曝氣器3個月，然后在接下來的3個月以12小時的開關周期運行

總結

試驗期間水庫垂直水質剖面VPS的水質數據,有效監控水庫水體的水質分層的變化趨勢.

垂直水質剖面的溫度數據指導曝氣機間歇操作，充分實現了水體的混合，避免產生水質問題.

YSI的水質剖面儀能實現的水體剖面的自動準確定位,完成重現性的水體剖面深度定位的水質參數測量.EXO2的傳感器監測水庫水體剖面的原位水質數據,充分反映湖泊的水質變化，垂直系統能滿足水庫（垂直水柱的不同水深）的數據變化的測量的需要,保證飲用水的安全.