环境水质自动监测系统建设与运行管理

李铭裕

（广东省揭阳生态环境监测站，广东 揭阳 522000）

自动监测对于当前的大环境来讲，本身就是尤为有效的环保督促手段，其不仅具有连续且高效的优势，更可以准确识别不同类型的污染源，让环境质量监测不留死角，进一步支持污染减排监测体系的构建。早在十二五期间，江苏、广东、山东和辽宁等省份，就已经开始构建水质自动监测系统，为水环境的维护带来了更多的可能性。因此，必须要给予环境水质自动监测系统的开发足够的关注和重视，在未来真正实现常态化发展[1]。

1 环境水质自动监测系统的逻辑内涵和主要功能

1.1 核心概念

通常意义上所说的水质自动监测系统，主要是以水质自动监测站的运营为基础，目的是获得在线且全天候的水质数据，由此来把这些信息传递到控制管理中心，进而展开远程监督和把控。在这里，自动监测系统是可以实时反映出水质的动态变化的，因此其数据的收集也足够真实有效，能够让远程操控人员详细了解现场的实际情况。水质自动监测系统产生的监测数据能反映全天水质变化情况，比手工监测数据更具代表性，能够更好地服务于水环境管理工作。与此同时，水质在线自动监测系统也会把不同的监测流程充分结合到一起，例如水样的采集、水质的分析、数据的记录等等[2]，能够有效实现人为劳动力的置换，整体的运行过程也极为稳定，即便是后续维护也不会经历过于繁琐的步骤和流程。

1.2 主要功能

自动监测系统的运行是为了维护水环境的质量，所以其主要功能就体现在对污染物的识别和控制上，例如化学需氧量、总氮、浓度、总磷、pH 值等等，而这些污染物的存在也会关系到当地的工业企业和污水处理厂，自动监测系统可以准确识别区域内的水质控制指标是否符合国家在宏观上下达的标准。除此之外，自动监测系统还可以发挥出预警和预报的价值，可以把图像和表格充分结合到一起，对现场的实时监测数据进行解读，这样就可以让生态环境工作者获得更为及时准确的信息。同时，一旦识别到水质存在超标或者是设备出现故障的现象，自动监测系统也会及时发出警报，让生态环境工作者可以第一时间作出反应，并采取应对措施进行处理。另外，水质自动监测系统还可以随时随地发布信息并满足信息随时查阅的基本需求，即便是现场的监测已经完毕，数据也会保存很久。

2 环境水质自动监测系统运行的必要价值

2.1 是水环境保护的重要支撑

自动监测系统可以及时识别水质的问题和潜在的风险，直接反映出当下水质的好坏，为水环境保护提供更为重要的支撑，让水环境的治理获得丰富的数据参考。另外，由于自动监测系统是以实时监测为主的，因此数据更具真实性，能够有效排除人为主观意识带来的误差。

2.2 提高了监测的效益和质量

自动监测系统的运行可以大大提高水质监测工作的效率和质量。在这里，无论是水样的采集、检测，还是数据分析，其自身都具有极为明显的复杂性特点，如果只是依赖人为主体进行运转，必然会产生各种各样的失误。而在自动化系统的支撑下，可大大降低人为主体的劳动强度就可以大大降，使人工操作所产生的误差明显减少，水质监测数据具有更强的准确性和说服力，一旦出现重大污染事故，系统也可以及时发出警报[3]。

2.3 有效节约了成本

自动监测系统集合了各种现代技术，免除了人工操作这一环节，直接降低了人力成本的投入。尽管自动监测系统需要引进各种高科技设备，但相对于长期的劳动力消耗来讲，整体上还是性价比极高的选择。

3 环境水质自动监测系统的应用内容

目前，环境水质自动监测系统主要应用于水质指标和水文信息的监测。水质指标是集合性的参数，可以对水质量的高低作出精准的描述。水质自动监测系统根据监测水质的不同，配备相应的监测指标。常规地表水监测指标包括水温、pH、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮等。涉及工业园区排水可根据园区产业结构增加对重金属等特征污染物的监测。为了更好地对水质变化状况进行分析，可增加流速、流量等监测指标。

3.1 地表水监测

环境水质自动监测系统可以直接对地表水进行远程控制，有效地反映出地表水的实时动态变化，特别是就断面水体和流域水质来讲，能够及时有效地反映污染事件的发展形势，让区域之间的协同治理变得更加精准。与此同时，当展开地表水监测的时，自动监测系统也可以从整体的角度出发，先对水质的状况作出大致的判断。目前，自动监测系统的开发已经引起了业界的广泛关注，特别是对环境资源部门来讲，更是在这一领域开展了多种多样的实践，如在入海口的位置设立站点，在重要的河流和湖泊上配备监测设备等等，可以进一步维护基础的水生环境，为人民群众创造更加舒适且安全的生活条件。

3.2 水库水监测

水库水的监测主要是为了识别不同类型的污染物，在这其中较为常见的主要有pH、氯离子、TDS、总磷、色度等等[4]。水质自动监测系统的应用可以满足污染物远程监测的需求，进一步提高水环境的监测力度，能够准确反映水源地的水质，进而关联到基层群众的日常生产生活，保证人们的健康用水。一旦自动监测系统发现水源地水质存在问题，那么就可以立刻进行预警，并引导环保部门采取有效的应急预案，进而对水环境作出系统化的监督和管控，严格保障饮用水本身的安全系数。

3.3 排污口水质监测

排污口对接的是已经过处理的污水，其自身会影响到管网和江河湖海，但排污口的污水最终流向的还是大自然，在这种情况下，水质处理的标准与否会直接影响水环境的质量。在这里，自动监测系统可以针对企业排放污水的水质进行动态化的识别，将监测数据实时传送到管理部门，可以及时了解企业的排污情况，对于污染事件的处理做到可预警、可溯源。

3.4 工业用水监测

工业用水的开发本身就对水的质量有着极为严格的要求，而且由于生产的用途存在明显的区别，不同企业对水质的要求也不尽相同。如锅炉用水不能含有大量钙或者是镁的硫酸盐，否则锅炉的运转过程中就会产生大量的水垢，进而让企业消耗更多的燃料，严重时甚至会导致锅炉爆炸。又或者，就冶金工厂的建设来讲，冷却设备的运行也对水资源的开发提出了一定的要求。一般情况下，工业用水监测的目的是让企业更加适应环保的需求，在维护自身生产效益的同时，达到节能减排的目的[5]。在这里，自动监测系统的应用能够让工业企业明确污染物的分布以及污染物的来源，并对当下的污染物防治效果作出综合性的评价，进而总结出污染存在的原因，为后期的生产优化提供有效的参考。

4 环境水质自动监测系统建设的方法和路径

4.1 总系统的开发

总系统的开发需要依赖水质自动监测站的设计（以下统称水站），主要涉及点位选取、基础设施建设、设备的安装和调试以及工程的验收等多个环节。

其一，要构建起完善的工作协调机制。水站的运行大多都是以河道周边为参考的，作为一种停留在地表上的建筑物，其自身的开发也需要向土建部门、水务部门和规划管理部门申请并获得同意，这就有可能牵涉到各种类型的利益冲突。在这种情况下，当地政府就要发挥出自身的引导和组织作用，构建起统一的领导小组，创设完善的工作协调机制，重点解决在前期规划中遇到的突出问题，保证后期的施工能够顺利进行[3]。

其二就是站房的建设，水站站房是支撑自动监测系统运行的物质基础，也是整体项目开发的起始环节，无论是选址还是结构的设计，都会影响到整个监测系统的稳定性。在这里，当地的环境部门必须充分积累有用的经验和教训，参考国家水站下发的文件和相关标准，制定出更为完善的建设技术指标，针对选址和施工做出详细的说明。水站所处的河段水深必须要大于一米，而站房和取水口之间的距离也必须小于300 米，这有利于管线布设，确保水站长期稳定运行。

其三就是数据管理平台的搭建。从上文的叙述中可以看出，环境水质自动监测系统的运行可以满足远程控制的需求，所以其自身也会牵连到几十甚至上百个水站的建设。系统每天都会收集海量的数据信息，这些资料的处理对于人为主体来讲也是一项挑战。在这种情况下，就要构建起更为完善的数据管理平台，监测部门要结合平台的运行，定期审核上报本地的监测信息，然后由上级部门作出统计，展开统一的总结与评估，最后编制出完善的报告，整体的运行如图1 所示。只有这样才可以有效满足自动化管理的需求，省略更多繁琐的步骤和流程。

图1 数据管理平台

最后就是系统的验收，在监测设备入网之前，验收就是最后一道关卡，能够充分体现出监测数据本身的有效性。当水站的仪器设备安装完毕之后，建设方必须要有足够的自觉性和主动性，对设备进行验收和调试，保证水站的运行状态是足够稳定的[4]。这里说的验收主要牵涉到站房的检验、仪器设备的清点、仪器性能的评估、仪器配置结构、系统功能描述等多个方面的内容。当各区水站的验收告一段落的时候，也要把这些收集的资料完整上报，真正做到一站一档，这样也有利于后期的查阅和搜集。

4.2 强化过程性的运行管理

4.2.1 水站本身的运行维护

当水站投入使用之后，其自身状态的稳定与否与后期的运行管理存在密切的联系。维护管理工作的落实，能够进一步提高自动监测数据的可靠性，所以必须获得更高的认可与青睐。在这里，生态环境部门可以自主进行运维，也可以委托第三方机构进行运维。相对于自主运维来讲，第三方运营机构的专业队伍建设要更加突出，而且有更强的独立性，不会因为行政干预而影响工作的结果。因此，生态环境部门必须更加重视与第三方运营机构的对接和沟通，要构建起长效合作机制，特别是水站公开招标的时候，环保部门也要把建设和运营打包到一起，这样可以避免多个参与主体之间的矛盾。

4.2.2 日常工作中的监督和管理

这一领域的重点是维护仪器设备本身的稳定性。具体来讲，无论是受主观因素影响还是受客观因素的影响，仪器设备导致的误差都是难以避免的，这就有可能造成监测数据的异常，所以对仪器设备的监督管理与数据审核也是极为必要的。

4.2.3 制度的进一步完善

环境水质自动监测系统包括数据收集、数据传输和数据应用这三个核心环节，而这三个环节是相互联系且密不可分的，无论哪一个环节出现问题，都势必会影响整个系统的质量[5]。所以为了确保数据的整合万无一失，也必须构建起更为完善的管理机制。具体来讲，运营单位要有信息反馈的自觉性，要统筹管理水站的日常运行。此时，监测部门要及时审查并上报数据，上级管理部门需要对上报数据进行汇总和评估，然后对整个区域内的水质进行评估，进而做好后续的预警工作。

4.2.4 巡查工作的落实

水站的运行与周边的环境有着密切的关系，有可能会受到各种主客观因素的影响，因此必须要定期展开巡查工作，对比设备运行的前后状态，提高数据的准确性和可靠性。在这里，台账就是对工作最为有效的反应，当地的生态环境部门不定时对水站进行随机巡查，通过周期性的对比，检查试剂更换是否妥当、仪器维修记录是否健全。在这里，巡查人员还需要携带一些质控的样品，在到达工作现场之后及时通知水站的运营方，如果最终的测试结果不合格，那么要及时进行公开通报，这样也可以做到信息的透明化。

4.3 系统的阶梯性维护

4.3.1 检测站系统的维护

主要包括定期清洗、不定期清洗和定期维护这三个板块。就定期清洗来讲，主要对应的是取水管路本身的运行质量，能够有效防止泥沙堵塞、藻类吸附等现实问题[6]。在这里，操作人员必须定期拆卸或者清洗取水口，以一个季度为周期，特别是对于那些泥沙量较大的地区来讲，要适当缩短清洗的周期，维护取水管路的内生环境，进而延长仪器的使用寿命。就不定期的清洗来讲，主要牵涉到水质监测系统本身的自净功能，如果自动清洗可以满足日常的维护需求，那么操作人员也自然不需要多加考虑。如果水中已经累积了大量的悬浮物，那么无论是配水单元管路还是采水单元管路，都会有大量的杂物沉积，这就会进一步影响传感器的运行状态，影响样品注入反应池中的体积，干扰最终的监测和识别结果。就定期维护来讲，主要包括站内技术人员的维护和供应 商的现场维护[6]。技术人员必须展开定期的远程检查，并以一周为期限，进行全方位的巡视，同时还要利用软件远程下载监测站的数据。

4.3.2 试剂的管理

试剂是与仪器的运行联系在一起的，其能够与待检测的水产生多种奇妙的化学反应，最终反映出当地水体的质量，因此，试剂本身也可以影响检测结果的准确性。一般情况下，自动监测系统采用的试剂以优级纯和分析纯为主。在正式开始操作之前，必须认真检查试剂的浓度，储存期和存储容器本身的密封性，如果发现有沉淀或者是变色等现象，要及时进行调整和更换。同时，不同试剂的稳定性是存在明显的差异的，如果试剂的稳定性差，而且浓度相对较低，那么就要尽可能地降低配置的频率。如果试剂的性质较为特殊，那么操作人员也要选择特定的存储方法，保留专门的存储空间，如氧化剂或者是还原性试剂，就要用棕色或者是深色的瓶子储存，而且还要摆放在阴凉干燥的地方，避免阳光的直射。

4.3.3 仪器的管理

主要包括定期校准、质量控制样品检查、实验室对比这几个板块。就定期校准来讲，操作人员要以一个月为周期，积极寻求专业监测机构的帮助，并配合其工作人员展开系统性的校验。在这里，若是仪器已经长时间停机，而后又重新启动，那么操作人员要及时更换试剂，并对其参数进行重新校准。就质量控制样品检查来讲，大多是以一周为周期的，操作人员要检查仪器的漂移状况，如果超过误差范围，那么就要重新进行校准。就实际水样对比来讲，以一个月为周期，将实验分析结果与自动监测仪器分析结果进行比对，如果超过误差范围需要对自动监测仪器进行校准。

4.3.4 数据的管理

数据的管理包括与历史数据的对比、参数相关性的分析、环境因素的测定这几个方面。就历史数据的对比来讲，一般情况下都具有相对稳定性，可如果最近一段时期监测数据变化极为明显，那么操作人员就要对信息的准确性作出进一步的论证，如果有必要，可进行实验室分析比对，最终确认是否需要剔除数据。就相关性的分析来讲，由于不同的污染物本身是相互关联的，所以其参数也都蕴含着一些特定关系，这就需要操作人员把握好参数之间的规律。

5 结语

总的来说，环境水质自动监测系统的建设是任重且道远的，在实践的过程中也会遇到各种各样的现实挑战，所以从业人员要保持足够的耐心和热情。本文通过总系统的设计、过程性的质量管控、测站的系统维护这几个角度，论述了环境水质自动监测系统的运维方法，具有理论上的合理性与实践上的可行性，能够作为现实中的参考指南和依据。