濮阳市微型水质自动监测站系统建设与应用

王慎阳 李光明 徐建阁 王亮 宋卫平 李勇欣

摘要：地表水环境质量自动监测技术在我国有了长足的应用，也形成了相对稳定的模式。文章以濮阳区域部分地表水自动监测项目为例，详细介绍了微型水质自动站的结构组成和应用实例，探讨了微型站具有安装简便、占地较少、价格低廉、维护方便等优点，是提升环境监测技术能力的重要实践。

关键词：微型水站;自动监测;应用

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.085

Abstract：The automatic monitoring technology of surface water environment quality has been widely used in our country and formed a relatively stable mode.Taking some surface water automatic monitoring projects in Puyang area as an example，this paper introduces the structure and application of the micro water quality automatic station in detail，and discusses that the micro station has the advantages of simple installation， less land occupation，low price，convenient maintenance， which is an important practice to improve the environmental monitoring technology.

Key words：Micro water station;Automatic monitoring;Application

中國地表水环境质量监测工作已经开展近40年，完整的监测技术体系保证人工采样、实验室分析监测数据的准确性和评价结果的有效性。进入21世纪，中国地表水环境质量监测引入了自动监测技术，各部门和地方政府均根据自己的需求建设水质自动监测站，开展水质的自动监测。自动监测作为手工监测的补充，在监测水质变化及趋势、实时掌握水质状况等方面起到了重要作用。目前，水质自动监测网络的建设已经形成了相对稳定的模式。但是，水质自动监测无论在技术上还是在建设与运维过程中都存在诸多问题。

微型站是近几年快速发展的一种水质自动在线监测系统，具有安装简便、占地较少、价格低廉、维护方便的优点。濮阳市根据国家水污染防治攻坚要求，结合当前技术发展，采用了微型水质自动监测系统实现对辖区内4个断面水质的实时监控，水环境精准管理、科学决策提供数据依据、决策支持。

1 建设目标

本系统基于微型、高精度、智能化的自动监测设备，集成总装方式实现湖库、河道等水质水量精准在线监测，具有建成占地面积小、试剂耗量少、运维周期长，故障率低等优点，同时有效降低了水站的建设成本。系统既包含传统自动站的全部功能，同时主要污染物指标标配平行样、标准样和自控样等自动质控测试和仪器校准功能，监测过程全流程跟踪监控，有效发挥管理部门对自动站的远程监控与监督作用，提升水环境监测预警和数据分析能力。

2 系统组成及要求

微型水质自动监测站系统（简称微型水站）主要由水质分析单元、采水单元、预处理及配水单元、数据采集控制传输单元、辅助单元和微型站房等组成，可自动监测水体中的化学需氧量（COD）、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、常规五参数（水温、pH、电导率、溶解氧、浊度）等十项水质参数，自动进行数据采集、处理和存储，数据超标自动留样，并通过光纤专网或4G网络将监测数据上传至数据管理平台。微型水质自动监测站采用一体化监测舱站房，模块化、一体化设计，占地面积小、功能齐全、造型美观、无须建设固定站房，建设周期短，可实现便捷搬迁。

2.1 水质分析单元

分析单元主要涉及COD、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、常规五参数等十项水质参数，仪器设备满足相应国标分析方法，主要参数分析方法和性能指标见表1。除高锰酸盐指数和化学需氧量两项参数外，其他八项参数量程均可根据河流水质变化情况进行适当调整。

2.2 采水单元

采水单元的采水主管路采用串联结构，各仪器并接到管路中。各个仪器的压力、流量均可单独调节，并分别配备压力表。管路的连接方式不仅要满足所有仪器对需水量的要求，而且任何仪器故障不会影响其他仪器的工作。采水单元管路和电路分开安装，采水管路材质必须保证不影响水质变化，管路外须有防水、防压、防冻保护措施，电线应该安装套管，采水管路和电路深埋不得小于80cm，过路时必须加装钢套管。室外管线做到有效防冻防护措施，水中管路和电缆不直接暴露在水中，做到有效保护防止水流的冲刷。采用双泵/双管路采水，一采一备，满足适时不间断监测的要求。管路保证-30～50℃能正常运行，使取水口能够随水位变化，保证取水水管的进水孔位于水表面以下0.5～1m的位置，并与河底保持一定距离，保证采集到具有代表性的水样。

2.3 预处理及配水单元

为不同监测项目配备预处理装置，主要包括沉降和过滤，根据水质情况可适当配备超声设备等，以满足分析仪器对水样的精度等要求。

除五参数外的其他仪器，根据对水样的要求，对水样进行预处理，各仪器配水管路采用并联取水方式，使各仪器可以从各自专门的过滤装置中取样，管路采用化学稳定性好，不影响水质的优质管材。每个设备具有独立的水量控制手阀，可根据设备需水量进行供水控制。管路预留多个仪器扩展接口，可方便系统的升级。配水管线设压力变送器，用于辅助调节流量及判断配水单元工作状态。

2.4 数据采集控制传输单元

控制单元是控制其他单元协调工作的中心。由自动监测系统前端工控机、可编程控制器、VPN和其他控制元件组成。前端水站管理系统能够实现与现有中心端数据管理系统无缝衔接，并具备升级空间。工控界面可将系统流程实时反映出来，同时自动站所有的操作在工控界面上都能实现。能定时和固定时段采集历史数据进行报表统计和数据曲线分析，数据导入、导出方便，并有数据备份、恢复功能。数据传输以光纤/ADSL有线网络传输为主，传输带宽不小于20M。

2.5 辅助单元

主要包括压缩空气系统（无油型）、UPS系统、稳压器、稳压电源、防雷系统、视频系统等。供电电源分别安装高压三相四线B+C级电源防雷器和低压单相二线B+C级电源避雷器，工控机内供电前端自备复合型B+C级电源防雷器，通信线路安装信息线路保护器。防雷接地电阻R≤4Ω。UPS单机功率为5kVA，在线式工频机，UPS带满载后备时间2h，电池配置65AH/12V 蓄电池 16节。视频监控单元实现对站内仪器设备的监控和对站点周围环境的不间断监控。监控设备可水平360°旋轉，竖直-5～185°旋转。保存1月以上的720p高清影像视频。

2.6 微型站房

采用的微型站房高度集成化，占地面积小于10m2，站房面积能够容纳所有的符合国标方法的自动监测仪器设备，同时配有试验台配制试剂。采用轻型材料，具备恒温、恒湿、隔热、防雨、防火和报警等功能，可经受 8级以上的风力。微型水质自动站相较标准水质自动站，在建设与运行维护等各方面均有明显的优势，具体见表2。

3 监测应用

2019年微型水质自动监测站系统陆续建成并投入运行使用后，濮阳市区域的人民路桥站成功地监测了濮水河污染团的迁移过程。

图1、图2中记录了污水团通过水站断面时带来的部分常规监测参数水质趋势情况。8月10日各参数出现明显变化，化学需氧量、氨氮、总磷、溶解氧、浊度和电导率监测值范围分别为：11.6～55.2mg/L，0.04～4.03mg/L，0.057～0.439 mg/L，1.11～8.40，20.0～72.9NTU和356-702mS/m，水质下降到劣Ⅴ类。根据监测数据情况，当天启动了生态调水程序，并通知沿河相应污染源排放单位及时调整处理工艺，快速有效地改善了河流水质情况。

4 结语

（1）系统以“微型化”为核心设计理念，其中分析仪器、集成装置、站房为微型化重点建设目标，既能实现水质自动精准分析，又能解决传统自动站占地面积大，征地成本高的难题。

（2）针对水质自动监测数据可靠性的问题，建设有完善的数据质量控制与保证体系，可实现在线质量控制，包括空白测试、标准样品在线核查、平行双样、加标回收率测定等，使监测数据处于受控状态。

（3）系统所包含的集成部件和分析仪器关键部件均具备传感装置，中控系统同时记录站房环境信息，对数据产生过程全记录，可实现异常和故障的情况快速反馈。

（4）濮阳市地表水水质自动监测网经过10年的建设，已经覆盖了区域内主要河段断面，在掌握水环境质量变化以及污染防控方面起到了重大的作用，本次微型站的建设对提升环境监测技术能力具有重要意义。

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收稿日期：2020-08-21

作者简介：王慎阳（1985-），男，汉族，工程师，硕士研究生，研究方向为环境监测。