智能建筑給水系統(tǒng)中水質(zhì)安全保障的技術(shù)研究

張欣

（中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120）

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快和科技的飛速發(fā)展，智能建筑已逐漸成為現(xiàn)代城市的重要組成部分，為人們的生活和工作提供了更多的便利和舒適。然而，與此同時，智能建筑的給水系統(tǒng)也面臨著更高的要求和挑戰(zhàn)，尤其是水質(zhì)安全問題，已經(jīng)成為關(guān)乎人們健康的重大問題。因此，對智能建筑給水系統(tǒng)的研究，特別是對水質(zhì)安全保障技術(shù)的研究，顯得越來越重要和緊迫。

2 智能建筑給水系統(tǒng)概述

2.1 智能建筑給水系統(tǒng)的組成

智能建筑給水系統(tǒng)是一個綜合性、高效能的系統(tǒng)，核心水源供給系統(tǒng)是其最基本的組成部分。水源供給系統(tǒng)根據(jù)建筑的需要，從自然水源或人工水源獲取必要的水量，經(jīng)過初步處理后，將其供給整個建筑系統(tǒng)及水質(zhì)處理設(shè)備，確保供給水質(zhì)的安全，從而保證建筑內(nèi)各個部分的正常運(yùn)行，一般來說，智能建筑給水系統(tǒng)的水質(zhì)處理設(shè)備按照級別分為： 初級處理設(shè)備、中級處理設(shè)備和高級處理設(shè)備，能夠有效去除水中的微生物、化學(xué)污染物和懸浮顆粒等，提高水的安全性和可用性。為了進(jìn)行水量控制和調(diào)節(jié)，需要水泵、閥門、控制器和傳感器等精確控制水的流量、壓力和溫度，以滿足不同的使用需求，可以根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以提高整體系統(tǒng)的效率和節(jié)約資源。智能控制系統(tǒng)是整個給水系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分，可以利用先進(jìn)的信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等實(shí)現(xiàn)對給水系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控、故障預(yù)警、優(yōu)化運(yùn)行等，還可以與建筑的其他系統(tǒng)（如空調(diào)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等）進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)整個建筑的智能化運(yùn)行。為了維護(hù)和保證整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還需要一套維護(hù)和管理系統(tǒng)，包括各種維修工具、備件、清潔設(shè)備以及專業(yè)的維護(hù)團(tuán)隊(duì)等，及時地進(jìn)行設(shè)備的檢修、清潔和故障排除，以保證整個系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

2.2 智能建筑給水系統(tǒng)的功能特性

智能建筑給水系統(tǒng)的功能特性表現(xiàn)在其高效性、 智能化和靈活性等多個方面。高效性主要體現(xiàn)在其能夠準(zhǔn)確而迅速地滿足建筑內(nèi)不同區(qū)域、不同時段的水使用需求，通過精確的水量控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有效調(diào)整水的流量、壓力和溫度，從而實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化使用。智能化是因系統(tǒng)借助先進(jìn)的信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能，實(shí)時監(jiān)控和分析水質(zhì)和水量情況，預(yù)警可能出現(xiàn)的問題，并進(jìn)行自動調(diào)整或報(bào)告，智能控制系統(tǒng)還可以與建筑的其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)整個建筑的智能化運(yùn)行。靈活性表現(xiàn)在智能建筑給水系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的水源、水質(zhì)和使用需求，靈活調(diào)整其操作策略和設(shè)備配置。例如，當(dāng)水源發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以自動調(diào)整水質(zhì)處理設(shè)備的工作模式；當(dāng)建筑內(nèi)的用水需求發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以自動調(diào)整水量控制和調(diào)節(jié)策略。除此之外，智能建筑給水系統(tǒng)還具有良好的穩(wěn)定性和安全性。通過維護(hù)和管理系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，可以及時進(jìn)行設(shè)備的檢修、清潔和故障排除，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行；而在水質(zhì)安全方面，通過持續(xù)的水質(zhì)監(jiān)控和高效的水質(zhì)處理設(shè)備，可以有效保證建筑內(nèi)的水質(zhì)安全[2]。

3 水質(zhì)安全的關(guān)鍵要素

3.1 微生物安全

微生物安全是指保障人類生活和工作環(huán)境中的微生物狀況處于一個安全的水平，以避免微生物對人類健康的潛在威脅。微生物包括細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲等，在自然環(huán)境和人工環(huán)境中都存在，盡管許多微生物對人類健康有益，但也有些微生物可能導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生。微生物安全涵蓋了微生物檢測、微生物控制和微生物防護(hù)等多個領(lǐng)域。在微生物檢測方面，通過各種微生物檢測技術(shù)和設(shè)備，可以實(shí)時監(jiān)測環(huán)境中的微生物數(shù)量和種類，評估微生物污染的程度和風(fēng)險(xiǎn)，為微生物控制提供依據(jù)。微生物檢測的準(zhǔn)確性和及時性對于確保微生物安全至關(guān)重要，需要借助先進(jìn)的檢測設(shè)備和檢測方法，包括現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)、 生物傳感器技術(shù)等。在微生物控制方面，可以采用物理消毒、化學(xué)消毒和生物消毒等方法來消除或降低環(huán)境中的微生物數(shù)量，從而減少微生物對人類健康的威脅。微生物控制的效果和效率取決于控制策略的選擇和執(zhí)行，這需要科學(xué)的決策和有效的操作。在微生物防護(hù)方面，通過個人防護(hù)措施、 環(huán)境防護(hù)設(shè)施以及法律法規(guī)等來防止微生物的傳播和感染，從而保護(hù)人類的健康，微生物防護(hù)的實(shí)施需要全社會的參與和努力[3]。微生物安全在公共衛(wèi)生、食品安全、醫(yī)療保健和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域較為重要，在智能建筑的給水系統(tǒng)中，水是微生物的主要傳播途徑之一。通過有效的微生物檢測、控制和防護(hù)確保給水系統(tǒng)中的水質(zhì)安全，防止水源性疾病的發(fā)生，從而保護(hù)建筑內(nèi)人員的健康。

3.2 化學(xué)污染安全

化學(xué)污染安全涉及如何控制和防范環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)污染，為人們帶來健康和福祉。化學(xué)物質(zhì)包括各種無機(jī)物、有機(jī)物和生物毒素，存在于空氣、水和土壤中，可能來自自然過程，如火山噴發(fā)和生物降解，也可能來自人類活動，如工業(yè)排放、農(nóng)業(yè)施肥和家庭生活。化學(xué)污染的風(fēng)險(xiǎn)因化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)、濃度和暴露時間等多種因素而異，部分化學(xué)物質(zhì)具有毒性、致癌性、生物積累性等危害，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等可能產(chǎn)生負(fù)面影響；還可以通過空氣、水和食物進(jìn)入人體，長期暴露可能導(dǎo)致慢性疾病的發(fā)生。因此，化學(xué)污染安全需要對環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行有效的監(jiān)測、 控制和防護(hù)?；瘜W(xué)污染的監(jiān)測需要借助各種化學(xué)分析方法和儀器，如色譜法、光譜法和質(zhì)譜法等，實(shí)時監(jiān)測環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)種類和濃度，通過監(jiān)測結(jié)果了解化學(xué)污染的狀況和趨勢，評估化學(xué)污染的風(fēng)險(xiǎn)，為化學(xué)污染的控制和防護(hù)提供依據(jù)?；瘜W(xué)污染的控制可采取提高生產(chǎn)工藝的清潔度、 減少有害化學(xué)物質(zhì)的使用、 加強(qiáng)廢棄物的處理和回收等措施，改善人們的生活方式，減少化學(xué)物質(zhì)的消費(fèi)和排放?；瘜W(xué)污染的防護(hù)主要通過減少人體的暴露來實(shí)現(xiàn)，如戴口罩、喝過濾水、吃有機(jī)食物、避免接觸有害化學(xué)物質(zhì)等，同時提高健康意識，增強(qiáng)身體抵抗力，避免化學(xué)污染的危害。化學(xué)污染安全是公共衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、食品安全等領(lǐng)域的重要任務(wù)，也是智能建筑給水系統(tǒng)需要解決的重要問題。通過有效的化學(xué)污染監(jiān)測、控制和防護(hù)，保障給水系統(tǒng)中的水質(zhì)安全，防止化學(xué)污染疾病的發(fā)生，從而保護(hù)建筑內(nèi)人員的健康。

4 智能建筑給水系統(tǒng)中水質(zhì)安全的技術(shù)研究

4.1 水質(zhì)檢測與監(jiān)控技術(shù)

水質(zhì)檢測與監(jiān)控技術(shù)以及相關(guān)的在線監(jiān)控技術(shù)、 生物檢測技術(shù)和其他相關(guān)檢測技術(shù)，是維護(hù)和確保水質(zhì)安全的重要手段，為人們提供了關(guān)于水質(zhì)的全方位信息，及時發(fā)現(xiàn)和解決水質(zhì)問題，保障良好的生活和工作環(huán)境。其中，水質(zhì)檢測與監(jiān)控技術(shù)是通過各種化學(xué)、物理和生物方法，對水樣中的主要污染物進(jìn)行定性和定量分析，以評估水質(zhì)的狀況和變化[4]。這些技術(shù)涵蓋了多種參數(shù)的檢測，包括pH、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度、總有機(jī)碳含量、重金屬離子含量、營養(yǎng)物質(zhì)含量、微生物含量等，可用于評估水的化學(xué)質(zhì)量、物理性質(zhì)和生物活性，通過定期或持續(xù)的水質(zhì)檢測與監(jiān)控，可以了解水質(zhì)的實(shí)時狀況，預(yù)警可能出現(xiàn)的污染問題，并為水質(zhì)改善和管理提供科學(xué)依據(jù)；在線監(jiān)控技術(shù)是利用先進(jìn)的傳感器和通信技術(shù)實(shí)時采集和傳輸水質(zhì)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的連續(xù)監(jiān)控，能夠提供實(shí)時、連續(xù)、大范圍的水質(zhì)數(shù)據(jù)，大大提高了監(jiān)控效率和準(zhǔn)確性。在線監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用不僅限于傳統(tǒng)的水質(zhì)參數(shù)，也包括了一些新型的水質(zhì)指標(biāo)，如微生物活性、熒光物質(zhì)、有機(jī)污染物等，提供了更全面、更深入的水質(zhì)信息，便于了解水質(zhì)的復(fù)雜性和多變性；生物檢測技術(shù)是利用生物的敏感性和選擇性，對水中的特定污染物進(jìn)行檢測，可以直接反映污染物對生物的影響，更準(zhǔn)確地評估水質(zhì)的生態(tài)安全性。生物檢測技術(shù)涵蓋了多種生物和生物分子，如細(xì)菌、藻類、酵母、酶、抗體、DNA 等。這些生物和生物分子可以作為生物傳感器，對特定的有毒物質(zhì)進(jìn)行快速、靈敏、特異性的檢測。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物檢測技術(shù)將在水質(zhì)監(jiān)控中發(fā)揮越來越重要的作用。此外，其他相關(guān)的檢測技術(shù)，如納米技術(shù)可以用于制備高性能的檢測傳感器；光譜技術(shù)可以用于非破壞性、無須樣品前處理的水質(zhì)檢測；分子生物學(xué)技術(shù)可以用于微生物的鑒定和分子水平的污染物檢測。

4.2 水質(zhì)處理技術(shù)

在智能建筑給水系統(tǒng)中，水質(zhì)處理技術(shù)的主要任務(wù)是通過物理、化學(xué)和生物等手段，將原水中的懸浮物、溶解物和微生物等污染物去除或降低至可接受的水平，從而保證出水安全和健康，水質(zhì)處理技術(shù)主要分為物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)、生物處理技術(shù)3 種。物理處理技術(shù)主要包括沉淀、過濾、膜分離、吸附、離子交換等，通過物理手段，如重力、電磁力、毛細(xì)力等，將水中的固體粒子和大分子物質(zhì)分離出來。例如，沉淀法是利用重力的作用使懸浮物沉降到水底； 過濾法利用毛細(xì)力將水中的細(xì)小顆粒攔截在濾材上； 膜分離法的原理是利用膜的篩選作用將水中的溶質(zhì)和溶劑分離； 吸附法是利用吸附作用將水中的有害物質(zhì)吸附到吸附材料上； 離子交換法可以利用離子交換樹脂的離子交換作用將水中的硬度離子和重金屬離子替換出來?；瘜W(xué)處理技術(shù)通過化學(xué)反應(yīng)，如形成混凝體、氧化還原、酸堿中和、氧化消毒等，將水中的溶解物和微生物去除或降解。例如，混凝法是通過混凝劑與水中的懸浮物和膠體形成易沉淀的混凝體； 氧化法可以將水中的有害物質(zhì)氧化降解；中和法是基于酸堿中和的化學(xué)原理調(diào)節(jié)水的酸堿度；消毒法可以利用氧化劑或紫外線滅殺水中的微生物。生物處理技術(shù)主要包括好氧和厭氧生物處理，將水中的有機(jī)物和氮磷等營養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化為無害或低害的物質(zhì)。例如，好氧處理可以利用好氧微生物將水中的有機(jī)物氧化為二氧化碳和水； 厭氧處理可以利用厭氧微生物將水中的有機(jī)物還原為甲烷和二氧化碳； 硝化反硝化可以利用硝化菌和反硝化菌將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈁5]。在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要根據(jù)水源的水質(zhì)特性和出水要求靈活選用和組合各種物理、化學(xué)和生物處理技術(shù)，以達(dá)到最佳的水質(zhì)處理效果。

4.3 水質(zhì)預(yù)警與應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)

水質(zhì)預(yù)警與應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)是維護(hù)智能建筑給水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)分析、預(yù)警機(jī)制、應(yīng)急處理與反應(yīng)等環(huán)節(jié)融為一體，形成一個連貫的系統(tǒng)。當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)異?；蚩赡艹霈F(xiàn)異常時，系統(tǒng)能夠迅速產(chǎn)生預(yù)警，啟動應(yīng)急處理措施，以確保水質(zhì)安全，保障建筑內(nèi)人員的健康。預(yù)警機(jī)制和模型是預(yù)警系統(tǒng)的核心，依托于大數(shù)據(jù)和智能算法，對海量的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析和處理，及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常變化，預(yù)測可能出現(xiàn)的污染風(fēng)險(xiǎn)，并在必要時發(fā)出預(yù)警信號。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，預(yù)警機(jī)制和模型的性能與精度也在不斷提高，能夠更早、更準(zhǔn)確地識別和預(yù)警水質(zhì)問題。應(yīng)急處理技術(shù)與方法是預(yù)警系統(tǒng)的另一個重要組成部分。當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號時，應(yīng)急處理措施立即啟動，以快速、有效地解決水質(zhì)問題，在應(yīng)急處理過程中，系統(tǒng)還會實(shí)時監(jiān)測水質(zhì)變化，調(diào)整處理措施，直到水質(zhì)恢復(fù)正常。

5 結(jié)語

本文探討了各種先進(jìn)的水質(zhì)檢測與監(jiān)控技術(shù)、 水質(zhì)處理技術(shù)和水質(zhì)預(yù)警與應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)。這些研究成果不僅為理解和解決智能建筑給水系統(tǒng)中的水質(zhì)問題提供了新的視角和方法，也為設(shè)計(jì)和運(yùn)行更高效、更安全、更環(huán)保的智能建筑提供了有力的支持。然而，智能建筑給水系統(tǒng)的水質(zhì)安全保障技術(shù)仍是一個充滿挑戰(zhàn)的領(lǐng)域，還需要不斷探索和研究。未來期待通過更深入的研究和更廣泛的應(yīng)用，使智能建筑給水系統(tǒng)的水質(zhì)安全保障技術(shù)能夠更好地服務(wù)于人們的生活和工作。