水质自动监测技术及其应用分析

马宏福

摘要：随着水质监测技术迅速发展，计算机控制等现代化手段在水质监测中的广泛应用，水质监测系统的快速反应能力和自动测报能力将大大提高，这将有利于各级水行政主管部门及社会公众更快地了解水质、水环境信息。本文介绍了水质自动监测系统的组成及作用，分析了水质自动监测技术存在的问题与应用成果。

关键词：水质自动监测系统作用技术应用成果

中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：

一、水质自动监测系统的组成及作用

水质自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专业分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。水质自动监测系统主要由一级或多级中心站软件平台和若干子站系统组成( 图1) 。

中心站软件平台主要负责接受各个子站系统上传的数据，并对这些数据进行处理，生成日、周、月、季、年报; 同时，中心站软件可对超标的数据进行处理，及时提供预警信息; 如有需要，中心站软件可对相应的子站进行远程重启，远程参数修改等反控操作，方便日常管理; 具有授权的用户，可以通过互联网利用电脑或智能手机查询各个子站数据。子站系统是水质自动监测系统的重要组成部分，系统获得的所有数据都是由子站系统分析并处理得出的。其主要组成为: 采水系统、配水系统、仪器分析系统、控制及数据采集传输系统和配套设施部分。

采水系统负责将要分析的水样从河流、湖泊等现场抽取到子站站房中，设置在取水口的过滤网将对水样进行初步的过滤，保证系统管路不被堵塞。采水方式主要有以下三种:

1、浮筒式: 主要适用于取水口和站房较近，水流流速较慢，水位变化不是很剧烈的小型河流和湖泊取水，特点是安装方式比较简单，施工周期短，造价低，一般和自吸泵配套使用。

2、浮船式: 主要适用于取水口和站房较远，水位和流速比较稳定的河流，特点是安装一般需要驾船安装，施工周期较短，造价低，一般和潜水泵配套使用。

3、栈桥式: 主要适用于水位变化剧烈，流速较快，河岸地质环境复杂的地点，特点是维护方便，外形美观，但造价较前两种方式比较高，且施工周期较长。

图1 水质自动监测系统结构示意图

配水系统负责将抽取进来的水样分配给分析仪器，对于一些对水样品质要求较高的仪器，配水系统中配有预处理装置，可在不影响检测结果的情况下，对水样进行精密过滤，保证仪器的正常运行，同时预处理装置在每次测量结束后都能够自动对其内部进行清洗，保持其自身低维护高效率的运行状态。仪器分析系统由各个不同的水质在线分析仪器组成的，从配水系统取得的水样通过这些分析仪器得出检测数据，采集系统正是采集的各个仪器的分析数据。

控制及数据采集传输系统是整个子站系统的神经中枢，主要由PLC 和工控机组成控制及数据的采集传输部分，由中间继电器和交流接触器等组成执行部分，其不但能够自动采集仪器的分析数据并将其上传至中心站软件平台，同时还负责指挥整个系统的运行状态，正是有了它的指挥调度才使每个分析流程都有条不紊的运行。

配套设施是子站系统的重要组成部分，其中UPS 为系统提供稳定的电力供应，并在外部电源中断供应时自动为系统提供几个小时的稳定电力供应; 自启动冷暖空调可以为系统提供一个恒定的运行环境，保证仪器的正常工作; 灭藻器可以杀灭配水系统中的藻类物质，保证管路的畅通及分析结果的可靠性。目前在水质自动监测系统中常用的灭藻器主要分为加药式灭藻器和臭氧式灭藻器两种。加药式灭藻器通过向管路中添加灭藻药剂达到目的，特点是技术成熟、灭藻效率高，但存在二次污染; 臭氧式灭藻器通过将空气中的氧气电离为臭氧，利用臭氧的强氧化性杀灭管路中的藻类，特点是功耗低、不存在二次污染。无油空压机和增压泵配合可在不同的流程内，对采水管路和配水管路分别进行清洗，保证不会发生因泥沙沉降而造成的管路堵塞。

二、水质自动监测技术存在的问题与应用成果

1、存在的问题

（1）投资规模较大，运行费用较高；监测仪器以进口为主，价格昂贵。运行维护成本高，仪器配件耗品价格昂贵。

（2）对操作、运行、维护人员的技术水平要求较高；

（3）系统本身运行不稳定；仪器的基线漂移、试剂的变化、供电系统的稳定性等多种因素，都会影响到水质自动监测系统的稳定性。

（4）系统监测数据与实验室人工使用标准分析方法监测的成果有一定的差别。由于水质自动监测仪器设备受现场环境条件和自动化控制要求的影响，其监测数据的准确性不如实验室经典化学分析方法，因此在使用之前，必须通过国家校准检测方法的比对使用，验证自动监测的准确性及可比性。

2、建议

为了是水质自动监测系统能准确及时的监测数据，应做好以下几个方面：

（1）专业技术人员的保证要有能随时解决发现的问题的专业技术人员，能保证自动监测系统的正常运行。

（2）质量保证与质量控制：日常采取的质量控制措施包括定期校准、质控样检查、比对实验验证、试剂有效性检查及数据审核等方法，应严格按照《水质自动分析仪技术要求》（HJ/T96-104-2003）进行校准，保证数据的有效性。

3、技术应用成果

随着国家水质自动监测系统的运行，充分发挥了实时监视和预警功能。在跨界污染纠纷、污染事故预警、重点工程项目环境影响评估及保障公众用水安全方面已经发挥了重要作用。

（1）2002 年在浙江-江苏的跨省污染纠纷处理过程中，自动站的连续监测数据在监督企业污染治理和防止超标排放方面发挥了重要作用。

长江干流重庆朱沱和宜昌南津关水质自动监测站在2003 年5～6 月三峡库区蓄水期间，共取得库区上下游2520 个水质实时数据，为管理部门的决策提供了有力的依据。

（2）淮河干流淮南、蚌埠及盱眙站成功地全程监视了2001～2006 年淮河干流大型污染团的迁移过程，为沿淮自来水厂及时调整处理工艺，保证饮水安全提供了依据，为环境管理及时提供了技术支持。

汉江武汉宗关自动监测站自建立以来，每年对汉江水华的预警监测都发挥了重要作用，及时通知武汉市主要饮用水处理厂提前做好处理，保障水厂出水达标。

（3）2007、2008、2009 年太湖蓝藻预警监测期间，太湖沙渚、西山和兰山嘴水质自动监测站开展了加密监测，通过水质pH、溶解氧等藻类生长的水质特异性指标预测判断水体的藻类生长状况，为饮用水水质预警提供了大量实时数据，发挥了重要作用。

（4）2008 年四川汶川特大地震发生后，中国环境监测总站立即通过水质自动监测系统远程查看灾区水质状况，将灾区7 个水质自动监测站的监测频次由原来的4 小时一次调整为2 小时一次，在第一时间分析了地震灾区地震前后水质状况，并将灾区水质无明显变化的情况及时向国务院抗震救灾总指挥部上报，并编制《汶川大地震后相关国家水质自动监测站水质监测结果》，每天在互联网上发布自动监测结果，为保障灾区饮用水安全，稳定灾区群众发挥了重要作用。

（5）2008 年北京奥运会期间，利用北京密云古北口自动站（密云水库入口）、门头沟沿河城自动站（官厅水库出口）、天津果河桥自动站（于桥水库入口）、沈阳大伙房水库及上海青浦急水港自动站等国家水质自动监测站对城市的饮用水源实施严密监控，每日以《奥运城市地表水自动监测专报》形式上报环境保护部，为奥运期间饮水安全提供了技术保障。

参考文献：

[1] 夏光耀,洪流,尹丽君.水质自动监测系统建设与维护初探[J]. 科技创新导报. 2010(03)

[2] 水质自动监测系统[J]. 中国水利. 2010(06)

[3] 冯小卫,包玉兵,徐庆国,程琳.大丰市自来水公司原水水质自动监测系统介绍[J]. 供水技术. 2010(02)

[4] 于历军.水资源水质水量结合评价方法及其应用[J]. 华北国土资源. 2010(03)

[5] 李书君,刘红艳,马可.水质自动监测系统的运行与控制[J]. 企业家天地(理论版). 2010(06)

[6] 林亚.水质自动监测系统在新疆水环境监测中的应用前景[J]. 新疆水利. 2010(02)