地表水水质自动监测技术应用及发展初探

祖文华

合肥供水集团有限公司 安徽 合肥 230000

如今，水环境污染问题日趋加重，已经威胁到人们的身体健康和社会发展，因此必须加大地表水水质监测力度，引入自动监测技术。本文对其应用与发展进行探析。

1 地表水水质自动监测技术应用

依托专门的系统软件，对水环境做连续采样、分析测量、数据传输与处理。系统由多个水质固定监测站、数据通信系统与一个中心监测站构成，其中，固定监测站配备连续自动采样装置、水质监测仪器、水文气象测定仪器以及样品贮存装置等。测定得到的数据，经通信系统定时传送至中心监测站，在系统软件处理完成后，供水质管理部门使用。

水质监测离不开各类监测仪器的支持，监测仪器的进步和发展促成了自动监测的实现。对于水质常规参数，包括水温、pH值、溶解氧、电导率和浊度，其自动监测仪器所用分析原理及性能为：

（1）水温监测：监测仪器所用分析原理为热敏电阻法，测量范围为-5℃～+50℃，重复性为±0.10，分辨率为0.01℃。

（2）pH值监测：监测仪器所用分析原理为玻璃电极法，测量范围为0～14，重复性为±0.10，分辨率为0.01，存在问题：玻璃电极很容易沾染污垢导致灵敏度降低；参比电极容易受到硫离子的影响与干扰；有漂移现象存在，应做好定期校正[1]。

（3）溶解氧监测：监测仪器所用分析原理主要有两种，即电化学电极法与荧光法，其中，采用电化学电极法的仪器，其测量范围为0～50mg/L，重复性为±0.2，分辨率为0.01mg/L，存在问题：在耗氧检测过程中水体需要处于流动状态；需要对膜片进行定期清洗，并补充足够的电解质，维护难度较大。采用荧光法的仪器，其测量范围为0～25mg/L，重复性为±0.1，分辨率为0.01mg/L，存在问题：价格较为昂贵。

（4）电导率监测：监测仪器所用分析原理为电极法，测量范围为0～500S/cm，重复性为±0.1%，分辨率为0.5%。

（5）浊度监测：监测仪器所用分析原理为光散射法，测量范围为0～4000NTU，重复性为±5%，分辨率为0.1%，存在问题：容易沾染污垢，需进行定期清洗[2]。

由于当前地表水有机污染越来越严重，所以在水质自动监测过程中有机污染物监测逐渐成为重点项目，对此同样需要针对不同监测项目采用相应的仪器来实现，有机污染物监测项目包括石油类、阴离子表面活性剂、苯、卤代烃、芳香烃、烃类等、类大肠菌群。

（1）石油类：监测仪器所用分析原理为紫外荧光法，测量范围为0.0001～0.1mg/L，检出限为0.1mg/L，重复率为2%，零点漂移不超过5%，量程漂移不超过5%，存在问题：为二次方法范畴，需定期进行比对校正，监测结果的一致性相对较低[3]。

（2）阴离子表面活性剂：监测仪器所用分析原理为分光光度法，测量范围包括以下三种：0～2mg/L；0～5mg/L；0～10mg/L。检出限在0.01mg/L以内，重复率在5%以内，零点漂移与量程漂移均不超过10%，存在问题：需利用有机溶剂进行萃取，产生的废液可能造成二次污染。

（3）苯、卤代烃、芳香烃、烃类等：监测仪器包括以下两种：其一，吹扫捕集-气相色谱分离-FID检测在线分析仪，测量范围为0.0001～0.1mg/L，检出限为0.1mg/L，重复率为5%，零点漂移与量程漂移均不超过3%，存在问题：需使用多种气体加以配合，气路较为复杂，容易对稳定性造成影响；其二，吹扫捕集-气相色谱分离-微氩离子化检测在线分析仪，测量范围为0.0005～0.1mg/L，检出限为0.5mg/L，重复率为5%，零点漂移与量程漂移均不超过3%，存在问题：检测器需使用具有一定放射性的位置，可能造成辐射风险[4]。

（4）类大肠菌群：监测仪器所用分析原理为固定酶底物法，测量范围为1～5000mg/L，检出限为1mg/L，重复率为10%，虽然和实验室一致性很高，但试剂造价过高。

2 地表水水质自动监测技术发展

2.1 现状分析

经过一段时间的建设，我国已经初步形成了完整的监测网络，并且也积累了很多经验。就目前来看，监测网络已有固定模式，对系统进行的维护也相对稳定。然而，这并不代表自动监测不存在问题，包括技术与建设和运行维护。这些问题主要表现在以下几个方面：

相较于手动监测，自动监测的原理与采样代表性都有很大差异，而且监测指标数目比手工监测少，灵敏度低，很难对优质水体进行准确测定。对此，若根据自动监测结果对水环境质量进行评价，必须对当前的监测技术予以改进及完善[5]。

虽然自动监测目前已经得到了多年的发展，但因为还没有建立和手工监测良好融合的技术体系，所以自动监测数据的实际使用依然会受到很大限制。相关标准和规范还比较滞后，除了影响监测结果的使用，而且也限制了技术的发展。

对于自然与基础设施而言，部分断面虽对水质评价具有重要意义，采用人工监测的方法没有问题，但如果涉及到水站项目的建设，若当地自然条件或其它基础设施有问题，则会使水站无法建设，进而影响到自动监测的实现[6]。

从建设经费和运行成本角度讲，相较于每月进行一次的手工监测，在自动监测过程中，高频次分析会使监测经费显著增加。据统计，采用手工监测方法时，每断面每年需要5.0万元的经费，可以得到21项结果；而采用自动监测方法时，每站每年需要22万元的经费，只能获得7项结果结构。另外，按照常规7项实施水站建设及运行，则需要185万元左右的建设成本，此外，监测仪器还有使用年限，一般为8年。

通过以上分析可知，未来水质自动监测怎样发展和我国水环境监测之间有直接关系，虽然采用手工监测的方法能保证测试结果的准确性，但其监测频次很低，但对自动监测而言，虽然其监测项目较少，但能实现高频测定，所得结果也更为真实与客观。

2.2 发展趋势

增大监测范围，保证仪器准确性。为有效提高自动监测技术水平，需要在保持现状条件的基础上，积极研发针对单个污染物的监测仪器，比如重金属污染物和有机污染物，确保自动监测可以覆盖更多指标。与此同时，还应对现阶段仪器设备加以完善，保证测定灵敏度与手工分析可对比性，切实满足在重点区域水质特殊性要求，实现对优质水体的准确检测与综合评价[7]。

努力提高集成化水平，为水质进行动态监控。因水站系统十分复杂，且建设与运维成本很高，所以自动监测应严格遵循广泛分布、提高质量和稳定发展的基本原则，以水站建设的目标及使用目的为依据，采用分类和分级的方式来建设。另外，在水站建设过程中，应充分结合站房和非站房两种方式，在不具备建站条件的情况下采用集成仪器的方式解决；而在取水困难的情况下可借助太阳能浮标来建站。在选择监测仪器的过程中，针对必须准确检测的断面，应优先考虑定量分析仪器，而对于预警和变化监控的断面，建议选择无试剂分析仪器。

加强内控和外控之间的结合，保证自动监测结果的质量。引入自动监测之后能大量增加数据获取数量，但如果数据处理不到位，则不仅无法发挥数据作用，而且还会造成其它问题。对此，应开发数据处理及质量控制软件，对水站运维步骤予以规范，并统一相应的质量控制标准和措施，使整个水站的运行维护都实现信息化。另外，还需明确数据审核责任及存入到数据库当中的具体程序，确保所有入库数据的有效性及准确性。

就目前来看，通过自动监测得到的各类数据还没有得到良好分析与利用。对此，应提高数据处理能力，比如借助数据模型明确不同输入响应关系，确定污染物浓度变化存在的内在联系，找出水质变化阈值，以此实现对水质的预警控制。另外，还应研发相应的分析工具与信息发布平台，以此对分析结果进行可视化表达。

深入研究自动和手工监测结果之间的等效性及可比性，并为自动监测提出在水环境质量综合评价中使用的具体规范和方法，开发可以在自动监测中使用的新型监测及分析方法与仪器设备。研究能为数据质量提供有效保障的措施方法，完善监测体系。

3 结束语

综上所述，在地表水水质监测中通过对自动监测的引入，能实时掌握不同断面水质状况，为提高质量监管水平提供可靠技术支撑与和保障。相较于手工监测的方法，采用自动监测技术还能对水质进行全天候24h高频次分析。为了使自动监测得到更好的发展，充分发挥应有效果，应不断完善其技术规范，保证监测结果的可比性、准确性与一致性。