水質自動監測技術及其應用

陳泳藝

(泉州市南安生態環境局，福建 泉州 362300)

隨著科學技術的提高，社會經濟也在飛速的發展，但是在發展中側重經濟效益，沒有對資源進行有效的保護，工業污染、水資源過度開發等導致了水環境污染問題日益嚴重，這對于人們的生產生活以及社會經濟的可持續發展產生了嚴重的影響，因此對水質進行監測是極為必要的。采用傳統的人工采樣與監測花費了大量的人力物力，取得的數據也僅是瞬時的有限的數據，隨著環境管理需求的發展以及自動化、信息化水平的提升，在對水環境進行監測的過程中，自動監測技術因為其連續性強、快速便捷、信息量大等優點而發揮出很大的作用，因而在水質監測的過程中，加強自動監測技術的應用，對水環境保護工作的開展有著重大的意義。

1 水質自動監測技術概述

水質自動監測技術源自實驗室分析方法。20世紀80年代移動注射技術的應用自動化精簡了繁瑣的實驗步驟，實現了樣品的自動連續分析，大大提高了實驗室分析的準確性和效率。水質自動監測基于采樣步驟的進一步自動化，以實現水質持續監測的目標[1]。

數十個或數百個水質自動監測站組成了水質自動監測系統，對局部水域水質環境進行綜合監測[2]。通過采用以各種現代科學技術為手段的水質監測儀器為核心，在此基礎上建成在線自動監測系統，實時監測水環境，同時通過數據網絡將監測數據及時傳輸至水質監測數據接收中心，分析數據，及時發現水環境異常情況[3]。對各監測點的水質監測數據進行了科學真實的反映，對準確把握當前水質狀況以及預測未來水質變化方向有著相當重要的意義。

水質自動監測系統通過有線或無線的傳輸手段，將在各個監測點位監測出的各類指標如常規五參數、氨氮、高猛酸鹽指數、藍綠藻等以數據的形式傳回監控中，也可滿足現場讀取監測數據的功能。通過遠程監控系統對水質指標進行實時連續的監控，對監測水體的水質狀況進行有效的把控，通過水質變化趨勢，提前預知水質污染狀況的發生，從而提早準備，提早預防，避免水質污染的進一步擴大[4]。

2 水質自動監測技術與人工監測的對比

水質自動監測技術通過依靠計算機計算數據，節省了計算時間并提高了計算的準確率，從而提高了水質監測效率；以自動監測設備取代原本需要人工采樣的環節，極大提高了水質采樣工作的安全性；水質自動監測技術雖在初期需要一定的建設投入，但總體上是降低了“人財物”的投入[5]。但是，相較于人工監測的機動性、質量控制措施完整性等優點，自動監測中仍然存在一部分問題，如在河流兩岸的斷面處建設自動監測站進行自動監測，監測數據可能難以有效表示全段水質的真實狀態，同時分析方法的不標準也會帶來一定程度上的誤差，從而影響最終數據的精確性[6]。

南京大勝關水質自動檢測站為了提升監測數據的代表性，更好的起到預警效果，將自動監測采樣口設置在了水質條件相對較差的地方，從而避免了由于水域內流動和污染物空間分布導致的不能及時發現污染狀況的情況。自動監測站點配備了常規五參數分析儀K100(pH、溶解氧、水溫、濁度、電導率)、高錳酸鹽指數分析儀K301A、氨氮分析儀TresCon UNO、總氮分析儀K301 TNP、自動采樣器SP4D等設備。通過與人工采樣監測結果進行分析對比得出水溫、pH值、電導率、溶解氧及氨氮5個參數符合規范要求，樣本的相對誤差絕對值超限比例低。而總磷、總氮、濁度及高錳酸鹽指數最大值均超過15%，未達到國家對自動監測儀對比分析相對誤差的要求。研究得到自動監測數據與常規數據在水溫、電導率、pH值、溶解氧、氨氮等項目上一致性較高，可以代表斷面水質平均水平。但由于受到岸邊面源污染的影響，污染物在同一斷面空間分布仍存在差異[6]。

重慶市生態環境監測中心為系統研究地表水水質自動監測與人工監測之間的差異問題，選取48個已建成并投用的國家地表水水質自動監測站，對水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷和總氮9項監測指標開展了人工監測與自動監測的對比實驗研究，通過實際水樣比對結果分析、水質類別比對分析、相關性分析、誤差分析，得出自動監測結果與手工監測的結果相差在允許范圍之內，因此推斷自動監測數據科學合理，同時還極大的提升了水質監測的速度和效率，極大提升了環保部門管理流域水質以及科研人員實驗研究的便捷性[7]。

在手工監測中，可以人工操作將待測物濃度調節至最佳范圍，以確保測定結果的準確性，但自動分析可能由于待測物濃度未在最佳測定范圍導致測定靈敏度不能滿足優質水體準確測定的要求。相比較手工監測，仍存在著監測指標覆蓋面不夠廣、采樣方式不夠規范、以及監測儀器不夠靈敏等技術層面上的問題。因此當前的水質監測技術往往是將自動監測與人工監測相結合，優勢互補，從而滿足水質監測的需求[8]。

3 我國水質自動監測技術現狀

水質自動監測在國外起步較早，日本1967年開始考慮在公共水域設置水質自動監測器，英國在1975年建成泰晤士河流域水環境自動監測系統，美國在20世紀70年代中期已在全國范圍內建立了覆蓋各大水系的上千個自動連續監測網點，可隨時對水溫、pH、濁度、COD、BOD及總有機碳等指標進行在線監測[9]。

我國水質自動監測技術于20世紀末開始起步，水質自動監測站建設始于2000年，初始階段只是在環保部門所保護的重點水域進行水質監測。常見監測項目有常規五參數、化學需氧量、生化需氧量、總需氧量、高錳酸鹽指數、總有機碳、總磷、氨氮等。近些年隨著科學技術的不斷發展，我國水質監測系統已經覆蓋了全國所有重要河流和湖泊，包括七大水系在內的63條河流、13座湖庫在內，在我國很多重要河流及各種干支流中都設有水質自動監測站，對水域水質進行及時有效的監控[10]。

水質自動監測網絡使得環境管理部門可以對流域內水環境的質量進行系統全面的把控，對所在斷面水質變化趨勢的觀測也發揮了重要的作用，改變了以往事后才能提供水質信息的被動局面，對水質惡化現象可以及時預警，提前預防，真正做到了防范于未然。隨著環保執法力度的不斷加大以及配套環境水質在線監測法律法規的不斷出臺，水質監測工作也在不斷的朝著信息化、標準化的方向前進，通過數據的圖表顯示，讓工作人員可以更清晰直觀的查詢水質信息，提高工作效率，更好的開展流域管理以及水質治理工作。

4 水質自動監測技術在水環境監測中的應用

(1)監測區域內污染總量

水域污染總量直接反映了當前水域的水質，水域污染總量的計算，必須有相應的數據支撐，依靠自動監測技術對區域內水質污染總量進行監測，極大的提高了監測效率，使監測結果準確性更高，從而對水環境污染物總量進行有效管理。

(2)監測供水源水質

利用遠程傳輸系統將在水源地自動監測站點的監測數據持續的發回監控中心，一旦監測數據出現異常情況，能夠及時的發出預警，從而快速有效的開展工作，從源頭上減少了大型污染事故的發生，為水源地水質保護工作打下了堅實的基礎。

(3)預警重大水質污染問題

水質自動監測技術可以實現對水域24小時不間斷監控，可對突發的水質污染狀況進行控制，確保下游水質安全，及時查明水污染源，自動監測系統中含有預警功能，可以通過分析數值變化趨勢，判斷污染程度做出對水質污染事故的預警，防止污染事故進一步惡化。在2007年由于太湖富營養化導致的重大藍藻污染事件中，水質自動監測技術發揮了重大的作用，通過對水質自動監測站傳輸的實時監控數據，對有利于藍藻生長的水質指標進行分析，預測出藍藻的當前生長狀況和生長趨勢，盡早的對水質污染變化狀況進行了預警[11]。

(4)監測跨界河流水質

在跨界河流的水質敏感點設置水質自動監測系統，通過水質自動監測技術實時監控水質變化情況，讓相關部門的工作人員獲得客觀準確的水質監測數據。

5 結 語

作為人工監測的補充，水質自動監測在監測目標管理水域水質污染狀況，及時掌握主要流域重點斷面水體的水質污染狀況，預警水質污染等方面都起到了極為重要的作用，彌補了手工監測在時間、空間的連續性上的不足，但由于受岸邊面源污染影響以及水質自動監測技術層面上的一些問題，當自動監測站在運行中出現水質異常趨勢時，應立即進行斷面水質人工監測，充分發揮人工監測與自動監測的各自優勢。隨著社會經濟的不斷發展，對水域的水質監測要求也不斷嚴格，為了使水質監測工作更加的高效，應當繼續擴充自動監測指標，提高自動監測靈敏度，建立明確的水質自動監測技術體系，不斷挖掘水質自動監測的應用領域，充分發揮高智能化和自動化的優勢。