作者 李文昌

中国建筑设计研究院《游泳池水质标准》主要起草人

中国体育服务认证 水务培训授证讲师
美国国家游泳池基金会 授证讲师

美国专业游泳池管理人员协会 东亚地区咨询顾问

英国游泳教师协会STA 亲子泳池水务管理讲师

日本温泉设施 卫生管理协会 授证讲师

日本中央温泉研究所 温泉管理士

俄罗斯《马契斯特》疗养温泉

摘要： 随着泳池行业对水质安全标准的不断提高，尿素这一关键污染指标的监控与处理成为智能水质管理的重要一环。本文提出一套基于工业4.0理念构建的“泳池尿素在线智能处理系统”，集成嵌入式控制、水质感测、电化学判断与复合酶处理技术，并通过“水稳器”装置实现尿素的全过程动态降解控制。系统采用氯冲击折点算法，以实时游离氯为主参数，联动包埋尿酶、蛋白酶与氧化剂协同作用，达到尿素稳定低浓度的自动控制目的。本系统已在若干亲子水域与高人流泳池场景中稳定运行，有望成为下一阶段智能泳池水处理的核心方案。

一、背景与挑战

尿素为泳池中具代表性的污染物，主要来自人体汗液和尿液。其在传统处理路径中因为是稳定的小分子团有机物，降解效率很低，同时也因为水解后化合氯（氯胺）升高，形成刺激性异味与潜在致敏风险。

传统处理方式依赖于“化合氯阈值控制”或“冲击投氯”，缺乏实时监控手段，容易出现化合氯达标和尿素超标的参数矛盾，影响泳池体验和管理合规。

二、解决路径：水稳器为核心的智能系统架构

1、为实现在线降解与闭环控制，本研究构建如下系统结构：

多参数监测模组：集成ORP、pH、浊度、自由氯、化合氯传感器，尿素浓度监测获取尿素相关信号。

2、综合尿素酶处理单元

1)水稳器模块：采用包埋型尿酶与缓释控制，稳定释放酶活性，在目标温度与pH范围内高效催化尿素水解为氨。

2)蛋白酶协同反应模块：辅助分解汗液与水中蛋白质残留，提升整体氮负荷去除效率，改善水体稳定性。

3)加氯折点控制算法：以化合氯浓度及其一阶导判断加氯折点，及时识别尿素/氨消耗节点，动态调节处理剂速率。

4)中央控制器：部署工业级边缘计算模组，实现数据采集、报警逻辑、冲击控制与运行数据上传。

三、图示分析

（见图）为现场运行中全流程数据统计回归图。系统运行6小时，尿素由4.1 ppm 降至0.4 ppm，ORP平台维持在800–810 mV，化合氯保持低水平，游离氯投加量受控，pH稳定。

附图说明：

绿色线为尿素浓度变化，显著下降；

橙线为ORP，维持冲击平台值；

虚线为游离氯维持曲线；

红线为化合氯，未发生明显积累；

蓝线为pH，稳定于7.3–7.5间。

四、关键技术亮点

1、包埋尿酶稳定释放技术

采用食品级载体与亲水凝胶包埋，确保酶活性在强氧化剂环境下不被灭活；

2、蛋白酶助降机制

蛋白酶协助降解来自人体的水溶性有机物，降低总氮背景，提高尿素/氨反应效率。

3、加氯折点有效控制

运用化合氯斜率与滞后分析判断折点，避免过度加氯；系统依据不同水体容量与人流预测自调投加策略。

4、数据与警示系统

在线数据显示即时尿素值，适应氨干扰性信号变化；建立与泳池运营平台对接的智能化管理界面。

五、应用验证

2025年4月，本系统于南方某亲子水育馆与300 m³标准泳池中运行测试，连续监测尿素、水质各项指标与耗氯量，结果表明：

1)尿素日变化波动小于0.5 ppm；

2)化合氯低于0.4 ppm，氯胺气味显著降低；用户满意度调查中对水感、气味、刺激性明显改善。

六、产业前景与发展建议

随着双碳政策背景下对泳池运营能耗、水质合归、自动化能力要求日增，“智能水处理装置”将逐步替代传统加药机与人工巡检。水稳器作为具备复合反应与智能控制功能的设备，将成为未来泳池机房的标准配置之一。

同时，结合泳池在线感测平台、边缘AI判断、云端大数据分析，可拓展至能效预测、人流与药剂联动等高阶智能化应用。

七、结语

本研究所提出的基于工业4.0架构的“尿素在线处理系统”，实现了水质污染因子的自动识别、应急响应与可视化控制。在泳池尿素管理长期未突破的困局下，提供了一条可行的工程化落地路径。未来可扩展至水上乐园、温泉、SPA等高强度使用场域。

附图：泳池水中ORP、尿素、游离氯与化合氯6小时变化的线性曲线统计