浅谈水质在线自动监测系统的建设

姜 宇 蔡晓钰

浅谈水质在线自动监测系统的建设

姜 宇 蔡晓钰

水质在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、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用分析软件和通讯网络所组成的，从水样采集、水样预处理、水样测量到数据处理及存贮的综合性系统。实施水质自动监测，可以实现水质实时连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报、重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的，同时，还可为水环境保护、管理及水污染防止提供主要监测信息。

水质自动监测系统一般包括监测站房、采样系统、预处理系统、在线自动分析仪表系统、控制和管理系统、通讯系统及远程监控管理中心等。

1 监测站点的选择及站房的选址

站点选择直接关系到所监测的水样在时间和空间上是否具有代表性，是否真实地反映所监测水体的质量状况。断面应选择在平直河段设置，水文条件比较稳定；距上游支流汇合处或排污口有足够的距离以保证水质的均匀性；在不影响航道运行的前提下，取水点尽量远离河岸；取水口处应有良好的水交换能力，河流取水口不能设在死水区、缓流区及回流区；取水点设在水下0.5～1m范围内，并防止底质淤泥对采水水质的影响；在确定点位时要对取水口处的水质与断面的水质做实际分析对比，当两者水质指标存在较大差异时，应考虑变更点位。

监测站房的选址应合理并兼顾配电、通讯、给水（自来水）、通风等条件以及防雷击、防洪、防盗窃、防潮湿、废液排放处理、交通方便。监测站房的设计应该把分析仪表室、辅助设备间及其他功能用房区分开。采用把不同功能类别的设备分别布置在不同工作室内的方式。如果打井供水的话，站房顶部要设高位水箱。为防止电噪声的相互干扰，站房采用三相五线制的分相使用方式供电，并在站房内独立走线。

2 采样系统的布设

采水单元要实现任何情况下确保将采样点的水样引至站房，配水单元应根据所选用的仪器和设备对水样流量和压力的具体要求进行调配，并采用相应的清洗、过滤等措施为自动监测仪器提供能满足监测需要的水样。在设计采水单元时，要综合考虑站点地理环境、水文状况和水位变化以及取水管道长度、管径等因素，根据这些因素采取相应的保温、防冻、防压等措施，减少水质指标在传输中发生变化。

采样装置一般为竖栈桥式、竖井式、浮筒式、悬臂式、吊臂式等方式。采样系统一般由采样水泵、采样浮筏和粗隔离栅、水样分配单元、压力流量监控及采水管道等组成，主要是向系统提供可靠、有效水样。采样系统的取水量应确保高于现有仪器的总需水量并考虑后续拟增加仪器的需水量。应考虑输水管线对水质的影响，如避免过长过细及考虑对管线的保温等，使水样具有代表性。

3 水样预处理系统

水样预处理系统主要是保证进行自动分析仪的水样能满足仪器的分析要求。水样预处理系统一般分为两级处理措施，第一级是一个包含粗过滤器取水头的沉砂分离装置，主要是通过粗过滤芯和静置除去水样中的直径较大的颗粒物，避免在取水过程中水样中大的颗粒物质进入在线自动分析仪器。第二级是高效低维护过滤器，过滤芯根据不同仪表的具体要求进行选配。水样的浊度对采用电极方法进行测量的仪器的影响较小，对过滤芯的孔径要求也就可以相应地放宽，这样可以降低过滤芯的维护频率；而采用比色法进行测量的仪器，对水样透明度的要求较高，这时过滤芯的选择就应根据仪器测量原理事先对水样提出过滤要求，避免对测量结果的准确性产生影响。水样预处理系统一般应具备气水混合清洗的功能。

4 在线自动分析仪器

在线自动分析仪器是水质在线自动监测系统的核心。在选择在线自动分析仪器时应该首先考虑环境管理的需要和水质监测的目的，确定监测项目，从而根据监测项目选择监测仪器。目前国内应用比较广泛的在线自动分析仪器有常规5参数（水温、pH值、电导率、溶解氧、浊度）分析仪、化学需氧量（COD）分析仪、高锰酸盐指数分析仪、总有机碳（TOC）分析仪、氨氮分析仪、总氮分析仪以及总磷分析仪。在线自动监测仪器测定原理应与国家标准方法或行业标准方法一致，如果不一致应该与实验室进行比对实验,并与实验室比对实验的数据具有相关性。

目前的在线自动分析仪器一般应具有如下功能：数据自动存储，自动量程转换，遥控、标准输出接口和数字显示，自动清洗、状态自检和报警功能（如：液体泄漏、管路堵塞、异常值、仪器内部温度过高、试剂用完、高/低浓度、断电等），干运转和断电保护，来电自动恢复，COD、氨氮、TOC、总磷、总氮等仪器具有自动标定校正功能。

5 控制和管理系统

控制和管理系统为整个水质自动站的控制中心，安装专用的管理软件系统的现场工控机，可对现场的所有仪器、设备进行控制，并实时地显示出仪器与设备的运行状态。它不仅要对系统参数（流量、液位、压力、流速、水位、气体流量、纯水流量、水泵状态、子站供电电压和电流状态等）进行实时监控，还应可以根据系统运行状态设置和修改系统参数（空气反吹频率、采样频率、读取数据频率、子站的运行方式等）。每个分析单元的4-20mA输出信号直接输入到控制系统中的模拟量输入模块，通过控制程序和上层软件与数据库的数据采集和存储，从而实现了多路分析结果的数据采集。同时，每个分析单元也可以通过RS232或RS485和MODBUS与子站计算机进行双向通讯，既可以进行数据采集也可以反馈控制，既可以实时掌握分析仪表的状态，也可以进行远程遥控。

6 通讯系统

整个系统应能支持各种通讯方式。目前主要的网络接入方式有：PSTN、GPRS、CDMA、ADSL、微波、无线数字通信网等。GPRS的通讯方式对监控现场条件的要求较低，使用和维护都很方便，但在通讯速率和通讯成本费用上有一定的局限性。ADSL的通讯方案在通讯速率、可靠性、系统的扩展性、性能价格比、前景等方面优于GPRS，同时可以实现实时视频传输。

7 远程数据监控管理中心

数据监控管理中心位于整个在线水质自动监测系统总体结构的中心层面，其资源配置包括一套计算机设备和中心层数据监控管理软件，同时配置一套中心数据库服务器和多连接途径的通讯系统。数据监控管理中心在权限约束下可以实时或定时地把各个水质自动监测子站“数据库”中的数据调入到管理中心数据库服务器中，其目的是在现场监测子站可靠运行的前提下，数据监控管理中心通过计算机网络技术能够真正得到有效可靠的数据，这样不仅能实现数据资源的共享，对监控管理实现了统一规范的依据，同时也可以实现在不同权限下的在线实时监测、监控和网络化管理。

数据监控管理中心应具备统计、查询、编辑和显示功能。可生成各种用户所要求的年、月、日、周、季报表；可根据数据库中的数据统计绘制出测量参数的年、月、日、周、季曲线；可以动态地按照用户的要求对历史数据进行查询；可实现特殊数据查询和对异常数据编辑存储；可实现历史报警和仪器设备日志信息的查询；可用图形、曲线或棒图等多种形式显示设备和仪器的报警和状态信息，实际反应现场的系统运行情况；用户可将数据库中的数据导入导出成ACCESS、EXCEL、FOXPRO 等格式，方便用户进行管理和备份；可进行水质的评定，查定出首要污染物，并根据一定资料进行水质评估。

除了上述组成部分外，空气装置（空气压缩机）、纯水系统、UPS备用电源、交流稳压电源、视频监控系统、防雷系统、防电磁干扰装置、除藻装置、管道反冲洗装置、化学试剂清洗装置等也是水质自动站系统中不可缺少的重要组成部分

江苏省水文水资源勘测局苏州分局 215000）