地表水水質自動監測技術應用及發展初探

祖文華

合肥供水集團有限公司 安徽 合肥 230000

如今，水環境污染問題日趨加重，已經威脅到人們的身體健康和社會發展，因此必須加大地表水水質監測力度，引入自動監測技術。本文對其應用與發展進行探析。

1 地表水水質自動監測技術應用

依托專門的系統軟件，對水環境做連續采樣、分析測量、數據傳輸與處理。系統由多個水質固定監測站、數據通信系統與一個中心監測站構成，其中，固定監測站配備連續自動采樣裝置、水質監測儀器、水文氣象測定儀器以及樣品貯存裝置等。測定得到的數據，經通信系統定時傳送至中心監測站，在系統軟件處理完成后，供水質管理部門使用。

水質監測離不開各類監測儀器的支持，監測儀器的進步和發展促成了自動監測的實現。對于水質常規參數，包括水溫、pH值、溶解氧、電導率和濁度，其自動監測儀器所用分析原理及性能為：

（1）水溫監測：監測儀器所用分析原理為熱敏電阻法，測量范圍為-5℃～+50℃，重復性為±0.10，分辨率為0.01℃。

（2）pH值監測：監測儀器所用分析原理為玻璃電極法，測量范圍為0～14，重復性為±0.10，分辨率為0.01，存在問題：玻璃電極很容易沾染污垢導致靈敏度降低；參比電極容易受到硫離子的影響與干擾；有漂移現象存在，應做好定期校正[1]。

（3）溶解氧監測：監測儀器所用分析原理主要有兩種，即電化學電極法與熒光法，其中，采用電化學電極法的儀器，其測量范圍為0～50mg/L，重復性為±0.2，分辨率為0.01mg/L，存在問題：在耗氧檢測過程中水體需要處于流動狀態；需要對膜片進行定期清洗，并補充足夠的電解質，維護難度較大。采用熒光法的儀器，其測量范圍為0～25mg/L，重復性為±0.1，分辨率為0.01mg/L，存在問題：價格較為昂貴。

（4）電導率監測：監測儀器所用分析原理為電極法，測量范圍為0～500S/cm，重復性為±0.1%，分辨率為0.5%。

（5）濁度監測：監測儀器所用分析原理為光散射法，測量范圍為0～4000NTU，重復性為±5%，分辨率為0.1%，存在問題：容易沾染污垢，需進行定期清洗[2]。

由于當前地表水有機污染越來越嚴重，所以在水質自動監測過程中有機污染物監測逐漸成為重點項目，對此同樣需要針對不同監測項目采用相應的儀器來實現，有機污染物監測項目包括石油類、陰離子表面活性劑、苯、鹵代烴、芳香烴、烴類等、類大腸菌群。

（1）石油類：監測儀器所用分析原理為紫外熒光法，測量范圍為0.0001～0.1mg/L，檢出限為0.1mg/L，重復率為2%，零點漂移不超過5%，量程漂移不超過5%，存在問題：為二次方法范疇，需定期進行比對校正，監測結果的一致性相對較低[3]。

（2）陰離子表面活性劑：監測儀器所用分析原理為分光光度法，測量范圍包括以下三種：0～2mg/L；0～5mg/L；0～10mg/L。檢出限在0.01mg/L以內，重復率在5%以內，零點漂移與量程漂移均不超過10%，存在問題：需利用有機溶劑進行萃取，產生的廢液可能造成二次污染。

（3）苯、鹵代烴、芳香烴、烴類等：監測儀器包括以下兩種：其一，吹掃捕集-氣相色譜分離-FID檢測在線分析儀，測量范圍為0.0001～0.1mg/L，檢出限為0.1mg/L，重復率為5%，零點漂移與量程漂移均不超過3%，存在問題：需使用多種氣體加以配合，氣路較為復雜，容易對穩定性造成影響；其二，吹掃捕集-氣相色譜分離-微氬離子化檢測在線分析儀，測量范圍為0.0005～0.1mg/L，檢出限為0.5mg/L，重復率為5%，零點漂移與量程漂移均不超過3%，存在問題：檢測器需使用具有一定放射性的位置，可能造成輻射風險[4]。

（4）類大腸菌群：監測儀器所用分析原理為固定酶底物法，測量范圍為1～5000mg/L，檢出限為1mg/L，重復率為10%，雖然和實驗室一致性很高，但試劑造價過高。

2 地表水水質自動監測技術發展

2.1 現狀分析

經過一段時間的建設，我國已經初步形成了完整的監測網絡，并且也積累了很多經驗。就目前來看，監測網絡已有固定模式，對系統進行的維護也相對穩定。然而，這并不代表自動監測不存在問題，包括技術與建設和運行維護。這些問題主要表現在以下幾個方面：

相較于手動監測，自動監測的原理與采樣代表性都有很大差異，而且監測指標數目比手工監測少，靈敏度低，很難對優質水體進行準確測定。對此，若根據自動監測結果對水環境質量進行評價，必須對當前的監測技術予以改進及完善[5]。

雖然自動監測目前已經得到了多年的發展，但因為還沒有建立和手工監測良好融合的技術體系，所以自動監測數據的實際使用依然會受到很大限制。相關標準和規范還比較滯后，除了影響監測結果的使用，而且也限制了技術的發展。

對于自然與基礎設施而言，部分斷面雖對水質評價具有重要意義，采用人工監測的方法沒有問題，但如果涉及到水站項目的建設，若當地自然條件或其它基礎設施有問題，則會使水站無法建設，進而影響到自動監測的實現[6]。

從建設經費和運行成本角度講，相較于每月進行一次的手工監測，在自動監測過程中，高頻次分析會使監測經費顯著增加。據統計，采用手工監測方法時，每斷面每年需要5.0萬元的經費，可以得到21項結果；而采用自動監測方法時，每站每年需要22萬元的經費，只能獲得7項結果結構。另外，按照常規7項實施水站建設及運行，則需要185萬元左右的建設成本，此外，監測儀器還有使用年限，一般為8年。

通過以上分析可知，未來水質自動監測怎樣發展和我國水環境監測之間有直接關系，雖然采用手工監測的方法能保證測試結果的準確性，但其監測頻次很低，但對自動監測而言，雖然其監測項目較少，但能實現高頻測定，所得結果也更為真實與客觀。

2.2 發展趨勢

增大監測范圍，保證儀器準確性。為有效提高自動監測技術水平，需要在保持現狀條件的基礎上，積極研發針對單個污染物的監測儀器，比如重金屬污染物和有機污染物，確保自動監測可以覆蓋更多指標。與此同時，還應對現階段儀器設備加以完善，保證測定靈敏度與手工分析可對比性，切實滿足在重點區域水質特殊性要求，實現對優質水體的準確檢測與綜合評價[7]。

努力提高集成化水平，為水質進行動態監控。因水站系統十分復雜，且建設與運維成本很高，所以自動監測應嚴格遵循廣泛分布、提高質量和穩定發展的基本原則，以水站建設的目標及使用目的為依據，采用分類和分級的方式來建設。另外，在水站建設過程中，應充分結合站房和非站房兩種方式，在不具備建站條件的情況下采用集成儀器的方式解決；而在取水困難的情況下可借助太陽能浮標來建站。在選擇監測儀器的過程中，針對必須準確檢測的斷面，應優先考慮定量分析儀器，而對于預警和變化監控的斷面，建議選擇無試劑分析儀器。

加強內控和外控之間的結合，保證自動監測結果的質量。引入自動監測之后能大量增加數據獲取數量，但如果數據處理不到位，則不僅無法發揮數據作用，而且還會造成其它問題。對此，應開發數據處理及質量控制軟件，對水站運維步驟予以規范，并統一相應的質量控制標準和措施，使整個水站的運行維護都實現信息化。另外，還需明確數據審核責任及存入到數據庫當中的具體程序，確保所有入庫數據的有效性及準確性。

就目前來看，通過自動監測得到的各類數據還沒有得到良好分析與利用。對此，應提高數據處理能力，比如借助數據模型明確不同輸入響應關系，確定污染物濃度變化存在的內在聯系，找出水質變化閾值，以此實現對水質的預警控制。另外，還應研發相應的分析工具與信息發布平臺，以此對分析結果進行可視化表達。

深入研究自動和手工監測結果之間的等效性及可比性，并為自動監測提出在水環境質量綜合評價中使用的具體規范和方法，開發可以在自動監測中使用的新型監測及分析方法與儀器設備。研究能為數據質量提供有效保障的措施方法，完善監測體系。

3 結束語

綜上所述，在地表水水質監測中通過對自動監測的引入，能實時掌握不同斷面水質狀況，為提高質量監管水平提供可靠技術支撐與和保障。相較于手工監測的方法，采用自動監測技術還能對水質進行全天候24h高頻次分析。為了使自動監測得到更好的發展，充分發揮應有效果，應不斷完善其技術規范，保證監測結果的可比性、準確性與一致性。