淺談水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)

姜 宇 蔡曉鈺

淺談水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)

姜 宇 蔡曉鈺

水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的，從水樣采集、水樣預處理、水樣測量到數(shù)據(jù)處理及存貯的綜合性系統(tǒng)。實施水質(zhì)自動監(jiān)測，可以實現(xiàn)水質(zhì)實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控，達到及時掌握主要流域重點斷面水體的水質(zhì)狀況、預警預報、重大或流域性水質(zhì)污染事故、解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的，同時，還可為水環(huán)境保護、管理及水污染防止提供主要監(jiān)測信息。

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)一般包括監(jiān)測站房、采樣系統(tǒng)、預處理系統(tǒng)、在線自動分析儀表系統(tǒng)、控制和管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)及遠程監(jiān)控管理中心等。

1 監(jiān)測站點的選擇及站房的選址

站點選擇直接關(guān)系到所監(jiān)測的水樣在時間和空間上是否具有代表性，是否真實地反映所監(jiān)測水體的質(zhì)量狀況。斷面應選擇在平直河段設(shè)置，水文條件比較穩(wěn)定；距上游支流匯合處或排污口有足夠的距離以保證水質(zhì)的均勻性；在不影響航道運行的前提下，取水點盡量遠離河岸；取水口處應有良好的水交換能力，河流取水口不能設(shè)在死水區(qū)、緩流區(qū)及回流區(qū)；取水點設(shè)在水下0.5～1m范圍內(nèi)，并防止底質(zhì)淤泥對采水水質(zhì)的影響；在確定點位時要對取水口處的水質(zhì)與斷面的水質(zhì)做實際分析對比，當兩者水質(zhì)指標存在較大差異時，應考慮變更點位。

監(jiān)測站房的選址應合理并兼顧配電、通訊、給水（自來水）、通風等條件以及防雷擊、防洪、防盜竊、防潮濕、廢液排放處理、交通方便。監(jiān)測站房的設(shè)計應該把分析儀表室、輔助設(shè)備間及其他功能用房區(qū)分開。采用把不同功能類別的設(shè)備分別布置在不同工作室內(nèi)的方式。如果打井供水的話，站房頂部要設(shè)高位水箱。為防止電噪聲的相互干擾，站房采用三相五線制的分相使用方式供電，并在站房內(nèi)獨立走線。

2 采樣系統(tǒng)的布設(shè)

采水單元要實現(xiàn)任何情況下確保將采樣點的水樣引至站房，配水單元應根據(jù)所選用的儀器和設(shè)備對水樣流量和壓力的具體要求進行調(diào)配，并采用相應的清洗、過濾等措施為自動監(jiān)測儀器提供能滿足監(jiān)測需要的水樣。在設(shè)計采水單元時，要綜合考慮站點地理環(huán)境、水文狀況和水位變化以及取水管道長度、管徑等因素，根據(jù)這些因素采取相應的保溫、防凍、防壓等措施，減少水質(zhì)指標在傳輸中發(fā)生變化。

采樣裝置一般為豎棧橋式、豎井式、浮筒式、懸臂式、吊臂式等方式。采樣系統(tǒng)一般由采樣水泵、采樣浮筏和粗隔離柵、水樣分配單元、壓力流量監(jiān)控及采水管道等組成，主要是向系統(tǒng)提供可靠、有效水樣。采樣系統(tǒng)的取水量應確保高于現(xiàn)有儀器的總需水量并考慮后續(xù)擬增加儀器的需水量。應考慮輸水管線對水質(zhì)的影響，如避免過長過細及考慮對管線的保溫等，使水樣具有代表性。

3 水樣預處理系統(tǒng)

水樣預處理系統(tǒng)主要是保證進行自動分析儀的水樣能滿足儀器的分析要求。水樣預處理系統(tǒng)一般分為兩級處理措施，第一級是一個包含粗過濾器取水頭的沉砂分離裝置，主要是通過粗過濾芯和靜置除去水樣中的直徑較大的顆粒物，避免在取水過程中水樣中大的顆粒物質(zhì)進入在線自動分析儀器。第二級是高效低維護過濾器，過濾芯根據(jù)不同儀表的具體要求進行選配。水樣的濁度對采用電極方法進行測量的儀器的影響較小，對過濾芯的孔徑要求也就可以相應地放寬，這樣可以降低過濾芯的維護頻率；而采用比色法進行測量的儀器，對水樣透明度的要求較高，這時過濾芯的選擇就應根據(jù)儀器測量原理事先對水樣提出過濾要求，避免對測量結(jié)果的準確性產(chǎn)生影響。水樣預處理系統(tǒng)一般應具備氣水混合清洗的功能。

4 在線自動分析儀器

在線自動分析儀器是水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的核心。在選擇在線自動分析儀器時應該首先考慮環(huán)境管理的需要和水質(zhì)監(jiān)測的目的，確定監(jiān)測項目，從而根據(jù)監(jiān)測項目選擇監(jiān)測儀器。目前國內(nèi)應用比較廣泛的在線自動分析儀器有常規(guī)5參數(shù)（水溫、pH值、電導率、溶解氧、濁度）分析儀、化學需氧量（COD）分析儀、高錳酸鹽指數(shù)分析儀、總有機碳（TOC）分析儀、氨氮分析儀、總氮分析儀以及總磷分析儀。在線自動監(jiān)測儀器測定原理應與國家標準方法或行業(yè)標準方法一致，如果不一致應該與實驗室進行比對實驗,并與實驗室比對實驗的數(shù)據(jù)具有相關(guān)性。

目前的在線自動分析儀器一般應具有如下功能：數(shù)據(jù)自動存儲，自動量程轉(zhuǎn)換，遙控、標準輸出接口和數(shù)字顯示，自動清洗、狀態(tài)自檢和報警功能（如：液體泄漏、管路堵塞、異常值、儀器內(nèi)部溫度過高、試劑用完、高/低濃度、斷電等），干運轉(zhuǎn)和斷電保護，來電自動恢復，COD、氨氮、TOC、總磷、總氮等儀器具有自動標定校正功能。

5 控制和管理系統(tǒng)

控制和管理系統(tǒng)為整個水質(zhì)自動站的控制中心，安裝專用的管理軟件系統(tǒng)的現(xiàn)場工控機，可對現(xiàn)場的所有儀器、設(shè)備進行控制，并實時地顯示出儀器與設(shè)備的運行狀態(tài)。它不僅要對系統(tǒng)參數(shù)（流量、液位、壓力、流速、水位、氣體流量、純水流量、水泵狀態(tài)、子站供電電壓和電流狀態(tài)等）進行實時監(jiān)控，還應可以根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)設(shè)置和修改系統(tǒng)參數(shù)（空氣反吹頻率、采樣頻率、讀取數(shù)據(jù)頻率、子站的運行方式等）。每個分析單元的4-20mA輸出信號直接輸入到控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊，通過控制程序和上層軟件與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集和存儲，從而實現(xiàn)了多路分析結(jié)果的數(shù)據(jù)采集。同時，每個分析單元也可以通過RS232或RS485和MODBUS與子站計算機進行雙向通訊，既可以進行數(shù)據(jù)采集也可以反饋控制，既可以實時掌握分析儀表的狀態(tài)，也可以進行遠程遙控。

6 通訊系統(tǒng)

整個系統(tǒng)應能支持各種通訊方式。目前主要的網(wǎng)絡(luò)接入方式有：PSTN、GPRS、CDMA、ADSL、微波、無線數(shù)字通信網(wǎng)等。GPRS的通訊方式對監(jiān)控現(xiàn)場條件的要求較低，使用和維護都很方便，但在通訊速率和通訊成本費用上有一定的局限性。ADSL的通訊方案在通訊速率、可靠性、系統(tǒng)的擴展性、性能價格比、前景等方面優(yōu)于GPRS，同時可以實現(xiàn)實時視頻傳輸。

7 遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心

數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心位于整個在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的中心層面，其資源配置包括一套計算機設(shè)備和中心層數(shù)據(jù)監(jiān)控管理軟件，同時配置一套中心數(shù)據(jù)庫服務器和多連接途徑的通訊系統(tǒng)。數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心在權(quán)限約束下可以實時或定時地把各個水質(zhì)自動監(jiān)測子站“數(shù)據(jù)庫”中的數(shù)據(jù)調(diào)入到管理中心數(shù)據(jù)庫服務器中，其目的是在現(xiàn)場監(jiān)測子站可靠運行的前提下，數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠真正得到有效可靠的數(shù)據(jù)，這樣不僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享，對監(jiān)控管理實現(xiàn)了統(tǒng)一規(guī)范的依據(jù)，同時也可以實現(xiàn)在不同權(quán)限下的在線實時監(jiān)測、監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化管理。

數(shù)據(jù)監(jiān)控管理中心應具備統(tǒng)計、查詢、編輯和顯示功能。可生成各種用戶所要求的年、月、日、周、季報表；可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計繪制出測量參數(shù)的年、月、日、周、季曲線；可以動態(tài)地按照用戶的要求對歷史數(shù)據(jù)進行查詢；可實現(xiàn)特殊數(shù)據(jù)查詢和對異常數(shù)據(jù)編輯存儲；可實現(xiàn)歷史報警和儀器設(shè)備日志信息的查詢；可用圖形、曲線或棒圖等多種形式顯示設(shè)備和儀器的報警和狀態(tài)信息，實際反應現(xiàn)場的系統(tǒng)運行情況；用戶可將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)導入導出成ACCESS、EXCEL、FOXPRO 等格式，方便用戶進行管理和備份；可進行水質(zhì)的評定，查定出首要污染物，并根據(jù)一定資料進行水質(zhì)評估。

除了上述組成部分外，空氣裝置（空氣壓縮機）、純水系統(tǒng)、UPS備用電源、交流穩(wěn)壓電源、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、防電磁干擾裝置、除藻裝置、管道反沖洗裝置、化學試劑清洗裝置等也是水質(zhì)自動站系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分

江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局 215000）