智能建筑給水系統中水質安全保障的技術研究

張欣

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

1 引言

隨著城市化進程的加快和科技的飛速發展，智能建筑已逐漸成為現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也面臨著更高的要求和挑戰，尤其是水質安全問題，已經成為關乎人們健康的重大問題。因此，對智能建筑給水系統的研究，特別是對水質安全保障技術的研究，顯得越來越重要和緊迫。

2 智能建筑給水系統概述

2.1 智能建筑給水系統的組成

智能建筑給水系統是一個綜合性、高效能的系統，核心水源供給系統是其最基本的組成部分。水源供給系統根據建筑的需要，從自然水源或人工水源獲取必要的水量，經過初步處理后，將其供給整個建筑系統及水質處理設備，確保供給水質的安全，從而保證建筑內各個部分的正常運行，一般來說，智能建筑給水系統的水質處理設備按照級別分為： 初級處理設備、中級處理設備和高級處理設備，能夠有效去除水中的微生物、化學污染物和懸浮顆粒等，提高水的安全性和可用性。為了進行水量控制和調節，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，可以根據環境條件進行調節，以提高整體系統的效率和節約資源。智能控制系統是整個給水系統中最關鍵的組成部分，可以利用先進的信息技術，如物聯網、大數據和人工智能等實現對給水系統的實時監控、故障預警、優化運行等，還可以與建筑的其他系統（如空調系統、電力系統等）進行信息交互，實現整個建筑的智能化運行。為了維護和保證整個系統的正常運行，還需要一套維護和管理系統，包括各種維修工具、備件、清潔設備以及專業的維護團隊等，及時地進行設備的檢修、清潔和故障排除，以保證整個系統的長期穩定運行[1]。

2.2 智能建筑給水系統的功能特性

智能建筑給水系統的功能特性表現在其高效性、 智能化和靈活性等多個方面。高效性主要體現在其能夠準確而迅速地滿足建筑內不同區域、不同時段的水使用需求，通過精確的水量控制和調節系統，有效調整水的流量、壓力和溫度，從而實現資源的最優化使用。智能化是因系統借助先進的信息技術，如物聯網、大數據和人工智能，實時監控和分析水質和水量情況，預警可能出現的問題，并進行自動調整或報告，智能控制系統還可以與建筑的其他系統進行信息交互，實現整個建筑的智能化運行。靈活性表現在智能建筑給水系統能夠根據不同的水源、水質和使用需求，靈活調整其操作策略和設備配置。例如，當水源發生變化時，系統可以自動調整水質處理設備的工作模式；當建筑內的用水需求發生變化時，系統可以自動調整水量控制和調節策略。除此之外，智能建筑給水系統還具有良好的穩定性和安全性。通過維護和管理系統的持續運行，可以及時進行設備的檢修、清潔和故障排除，保證系統的長期穩定運行；而在水質安全方面，通過持續的水質監控和高效的水質處理設備，可以有效保證建筑內的水質安全[2]。

3 水質安全的關鍵要素

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。微生物包括細菌、病毒、真菌和寄生蟲等，在自然環境和人工環境中都存在，盡管許多微生物對人類健康有益，但也有些微生物可能導致各種疾病的發生。微生物安全涵蓋了微生物檢測、微生物控制和微生物防護等多個領域。在微生物檢測方面，通過各種微生物檢測技術和設備，可以實時監測環境中的微生物數量和種類，評估微生物污染的程度和風險，為微生物控制提供依據。微生物檢測的準確性和及時性對于確保微生物安全至關重要，需要借助先進的檢測設備和檢測方法，包括現代分子生物學技術、 生物傳感器技術等。在微生物控制方面，可以采用物理消毒、化學消毒和生物消毒等方法來消除或降低環境中的微生物數量，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行，這需要科學的決策和有效的操作。在微生物防護方面，通過個人防護措施、 環境防護設施以及法律法規等來防止微生物的傳播和感染，從而保護人類的健康，微生物防護的實施需要全社會的參與和努力[3]。微生物安全在公共衛生、食品安全、醫療保健和環境保護等領域較為重要，在智能建筑的給水系統中，水是微生物的主要傳播途徑之一。通過有效的微生物檢測、控制和防護確保給水系統中的水質安全，防止水源性疾病的發生，從而保護建筑內人員的健康。

3.2 化學污染安全

化學污染安全涉及如何控制和防范環境中的化學物質污染，為人們帶來健康和福祉?；瘜W物質包括各種無機物、有機物和生物毒素，存在于空氣、水和土壤中，可能來自自然過程，如火山噴發和生物降解，也可能來自人類活動，如工業排放、農業施肥和家庭生活?；瘜W污染的風險因化學物質的性質、濃度和暴露時間等多種因素而異，部分化學物質具有毒性、致癌性、生物積累性等危害，對人體的神經系統、內分泌系統、免疫系統和生殖系統等可能產生負面影響；還可以通過空氣、水和食物進入人體，長期暴露可能導致慢性疾病的發生。因此，化學污染安全需要對環境中的化學物質進行有效的監測、 控制和防護?；瘜W污染的監測需要借助各種化學分析方法和儀器，如色譜法、光譜法和質譜法等，實時監測環境中的化學物質種類和濃度，通過監測結果了解化學污染的狀況和趨勢，評估化學污染的風險，為化學污染的控制和防護提供依據?；瘜W污染的控制可采取提高生產工藝的清潔度、 減少有害化學物質的使用、 加強廢棄物的處理和回收等措施，改善人們的生活方式，減少化學物質的消費和排放?；瘜W污染的防護主要通過減少人體的暴露來實現，如戴口罩、喝過濾水、吃有機食物、避免接觸有害化學物質等，同時提高健康意識，增強身體抵抗力，避免化學污染的危害?；瘜W污染安全是公共衛生、環境保護、食品安全等領域的重要任務，也是智能建筑給水系統需要解決的重要問題。通過有效的化學污染監測、控制和防護，保障給水系統中的水質安全，防止化學污染疾病的發生，從而保護建筑內人員的健康。

4 智能建筑給水系統中水質安全的技術研究

4.1 水質檢測與監控技術

水質檢測與監控技術以及相關的在線監控技術、 生物檢測技術和其他相關檢測技術，是維護和確保水質安全的重要手段，為人們提供了關于水質的全方位信息，及時發現和解決水質問題，保障良好的生活和工作環境。其中，水質檢測與監控技術是通過各種化學、物理和生物方法，對水樣中的主要污染物進行定性和定量分析，以評估水質的狀況和變化[4]。這些技術涵蓋了多種參數的檢測，包括pH、電導率、溶解氧、濁度、總有機碳含量、重金屬離子含量、營養物質含量、微生物含量等，可用于評估水的化學質量、物理性質和生物活性，通過定期或持續的水質檢測與監控，可以了解水質的實時狀況，預警可能出現的污染問題，并為水質改善和管理提供科學依據；在線監控技術是利用先進的傳感器和通信技術實時采集和傳輸水質數據，以實現對水質的連續監控，能夠提供實時、連續、大范圍的水質數據，大大提高了監控效率和準確性。在線監控技術的應用不僅限于傳統的水質參數，也包括了一些新型的水質指標，如微生物活性、熒光物質、有機污染物等，提供了更全面、更深入的水質信息，便于了解水質的復雜性和多變性；生物檢測技術是利用生物的敏感性和選擇性，對水中的特定污染物進行檢測，可以直接反映污染物對生物的影響，更準確地評估水質的生態安全性。生物檢測技術涵蓋了多種生物和生物分子，如細菌、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，對特定的有毒物質進行快速、靈敏、特異性的檢測。隨著生物技術的發展，生物檢測技術將在水質監控中發揮越來越重要的作用。此外，其他相關的檢測技術，如納米技術可以用于制備高性能的檢測傳感器；光譜技術可以用于非破壞性、無須樣品前處理的水質檢測；分子生物學技術可以用于微生物的鑒定和分子水平的污染物檢測。

4.2 水質處理技術

在智能建筑給水系統中，水質處理技術的主要任務是通過物理、化學和生物等手段，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，水質處理技術主要分為物理處理技術、化學處理技術、生物處理技術3 種。物理處理技術主要包括沉淀、過濾、膜分離、吸附、離子交換等，通過物理手段，如重力、電磁力、毛細力等，將水中的固體粒子和大分子物質分離出來。例如，沉淀法是利用重力的作用使懸浮物沉降到水底； 過濾法利用毛細力將水中的細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和溶劑分離； 吸附法是利用吸附作用將水中的有害物質吸附到吸附材料上； 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處理技術通過化學反應，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氧化降解；中和法是基于酸堿中和的化學原理調節水的酸堿度；消毒法可以利用氧化劑或紫外線滅殺水中的微生物。生物處理技術主要包括好氧和厭氧生物處理，將水中的有機物和氮磷等營養元素轉化為無害或低害的物質。例如，好氧處理可以利用好氧微生物將水中的有機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化為氮氣[5]。在實際應用中，通常需要根據水源的水質特性和出水要求靈活選用和組合各種物理、化學和生物處理技術，以達到最佳的水質處理效果。

4.3 水質預警與應急反應技術

水質預警與應急反應技術是維護智能建筑給水系統安全穩定運行的重要環節，將數據分析、預警機制、應急處理與反應等環節融為一體，形成一個連貫的系統。當水質出現異?；蚩赡艹霈F異常時，系統能夠迅速產生預警，啟動應急處理措施，以確保水質安全，保障建筑內人員的健康。預警機制和模型是預警系統的核心，依托于大數據和智能算法，對海量的水質數據進行實時分析和處理，及時發現水質的異常變化，預測可能出現的污染風險，并在必要時發出預警信號。隨著大數據和人工智能技術的發展，預警機制和模型的性能與精度也在不斷提高，能夠更早、更準確地識別和預警水質問題。應急處理技術與方法是預警系統的另一個重要組成部分。當預警系統發出預警信號時，應急處理措施立即啟動，以快速、有效地解決水質問題，在應急處理過程中，系統還會實時監測水質變化，調整處理措施，直到水質恢復正常。

5 結語

本文探討了各種先進的水質檢測與監控技術、 水質處理技術和水質預警與應急反應技術。這些研究成果不僅為理解和解決智能建筑給水系統中的水質問題提供了新的視角和方法，也為設計和運行更高效、更安全、更環保的智能建筑提供了有力的支持。然而，智能建筑給水系統的水質安全保障技術仍是一個充滿挑戰的領域，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用，使智能建筑給水系統的水質安全保障技術能夠更好地服務于人們的生活和工作。