環境水質自動監測系統建設與運行管理

李銘裕

（廣東省揭陽生態環境監測站，廣東 揭陽 522000）

自動監測對于當前的大環境來講，本身就是尤為有效的環保督促手段，其不僅具有連續且高效的優勢，更可以準確識別不同類型的污染源，讓環境質量監測不留死角，進一步支持污染減排監測體系的構建。早在十二五期間，江蘇、廣東、山東和遼寧等省份，就已經開始構建水質自動監測系統，為水環境的維護帶來了更多的可能性。因此，必須要給予環境水質自動監測系統的開發足夠的關注和重視，在未來真正實現常態化發展[1]。

1 環境水質自動監測系統的邏輯內涵和主要功能

1.1 核心概念

通常意義上所說的水質自動監測系統，主要是以水質自動監測站的運營為基礎，目的是獲得在線且全天候的水質數據，由此來把這些信息傳遞到控制管理中心，進而展開遠程監督和把控。在這里，自動監測系統是可以實時反映出水質的動態變化的，因此其數據的收集也足夠真實有效，能夠讓遠程操控人員詳細了解現場的實際情況。水質自動監測系統產生的監測數據能反映全天水質變化情況，比手工監測數據更具代表性，能夠更好地服務于水環境管理工作。與此同時，水質在線自動監測系統也會把不同的監測流程充分結合到一起，例如水樣的采集、水質的分析、數據的記錄等等[2]，能夠有效實現人為勞動力的置換，整體的運行過程也極為穩定，即便是后續維護也不會經歷過于繁瑣的步驟和流程。

1.2 主要功能

自動監測系統的運行是為了維護水環境的質量，所以其主要功能就體現在對污染物的識別和控制上，例如化學需氧量、總氮、濃度、總磷、pH 值等等，而這些污染物的存在也會關系到當地的工業企業和污水處理廠，自動監測系統可以準確識別區域內的水質控制指標是否符合國家在宏觀上下達的標準。除此之外，自動監測系統還可以發揮出預警和預報的價值，可以把圖像和表格充分結合到一起，對現場的實時監測數據進行解讀，這樣就可以讓生態環境工作者獲得更為及時準確的信息。同時，一旦識別到水質存在超標或者是設備出現故障的現象，自動監測系統也會及時發出警報，讓生態環境工作者可以第一時間作出反應，并采取應對措施進行處理。另外，水質自動監測系統還可以隨時隨地發布信息并滿足信息隨時查閱的基本需求，即便是現場的監測已經完畢，數據也會保存很久。

2 環境水質自動監測系統運行的必要價值

2.1 是水環境保護的重要支撐

自動監測系統可以及時識別水質的問題和潛在的風險，直接反映出當下水質的好壞，為水環境保護提供更為重要的支撐，讓水環境的治理獲得豐富的數據參考。另外，由于自動監測系統是以實時監測為主的，因此數據更具真實性，能夠有效排除人為主觀意識帶來的誤差。

2.2 提高了監測的效益和質量

自動監測系統的運行可以大大提高水質監測工作的效率和質量。在這里，無論是水樣的采集、檢測，還是數據分析，其自身都具有極為明顯的復雜性特點，如果只是依賴人為主體進行運轉，必然會產生各種各樣的失誤。而在自動化系統的支撐下，可大大降低人為主體的勞動強度就可以大大降，使人工操作所產生的誤差明顯減少，水質監測數據具有更強的準確性和說服力，一旦出現重大污染事故，系統也可以及時發出警報[3]。

2.3 有效節約了成本

自動監測系統集合了各種現代技術，免除了人工操作這一環節，直接降低了人力成本的投入。盡管自動監測系統需要引進各種高科技設備，但相對于長期的勞動力消耗來講，整體上還是性價比極高的選擇。

3 環境水質自動監測系統的應用內容

目前，環境水質自動監測系統主要應用于水質指標和水文信息的監測。水質指標是集合性的參數，可以對水質量的高低作出精準的描述。水質自動監測系統根據監測水質的不同，配備相應的監測指標。常規地表水監測指標包括水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮等。涉及工業園區排水可根據園區產業結構增加對重金屬等特征污染物的監測。為了更好地對水質變化狀況進行分析，可增加流速、流量等監測指標。

3.1 地表水監測

環境水質自動監測系統可以直接對地表水進行遠程控制，有效地反映出地表水的實時動態變化，特別是就斷面水體和流域水質來講，能夠及時有效地反映污染事件的發展形勢，讓區域之間的協同治理變得更加精準。與此同時，當展開地表水監測的時，自動監測系統也可以從整體的角度出發，先對水質的狀況作出大致的判斷。目前，自動監測系統的開發已經引起了業界的廣泛關注，特別是對環境資源部門來講，更是在這一領域開展了多種多樣的實踐，如在入海口的位置設立站點，在重要的河流和湖泊上配備監測設備等等，可以進一步維護基礎的水生環境，為人民群眾創造更加舒適且安全的生活條件。

3.2 水庫水監測

水庫水的監測主要是為了識別不同類型的污染物，在這其中較為常見的主要有pH、氯離子、TDS、總磷、色度等等[4]。水質自動監測系統的應用可以滿足污染物遠程監測的需求，進一步提高水環境的監測力度，能夠準確反映水源地的水質，進而關聯到基層群眾的日常生產生活，保證人們的健康用水。一旦自動監測系統發現水源地水質存在問題，那么就可以立刻進行預警，并引導環保部門采取有效的應急預案，進而對水環境作出系統化的監督和管控，嚴格保障飲用水本身的安全系數。

3.3 排污口水質監測

排污口對接的是已經過處理的污水，其自身會影響到管網和江河湖海，但排污口的污水最終流向的還是大自然，在這種情況下，水質處理的標準與否會直接影響水環境的質量。在這里，自動監測系統可以針對企業排放污水的水質進行動態化的識別，將監測數據實時傳送到管理部門，可以及時了解企業的排污情況，對于污染事件的處理做到可預警、可溯源。

3.4 工業用水監測

工業用水的開發本身就對水的質量有著極為嚴格的要求，而且由于生產的用途存在明顯的區別，不同企業對水質的要求也不盡相同。如鍋爐用水不能含有大量鈣或者是鎂的硫酸鹽，否則鍋爐的運轉過程中就會產生大量的水垢，進而讓企業消耗更多的燃料，嚴重時甚至會導致鍋爐爆炸。又或者，就冶金工廠的建設來講，冷卻設備的運行也對水資源的開發提出了一定的要求。一般情況下，工業用水監測的目的是讓企業更加適應環保的需求，在維護自身生產效益的同時，達到節能減排的目的[5]。在這里，自動監測系統的應用能夠讓工業企業明確污染物的分布以及污染物的來源，并對當下的污染物防治效果作出綜合性的評價，進而總結出污染存在的原因，為后期的生產優化提供有效的參考。

4 環境水質自動監測系統建設的方法和路徑

4.1 總系統的開發

總系統的開發需要依賴水質自動監測站的設計（以下統稱水站），主要涉及點位選取、基礎設施建設、設備的安裝和調試以及工程的驗收等多個環節。

其一，要構建起完善的工作協調機制。水站的運行大多都是以河道周邊為參考的，作為一種停留在地表上的建筑物，其自身的開發也需要向土建部門、水務部門和規劃管理部門申請并獲得同意，這就有可能牽涉到各種類型的利益沖突。在這種情況下，當地政府就要發揮出自身的引導和組織作用，構建起統一的領導小組，創設完善的工作協調機制，重點解決在前期規劃中遇到的突出問題，保證后期的施工能夠順利進行[3]。

其二就是站房的建設，水站站房是支撐自動監測系統運行的物質基礎，也是整體項目開發的起始環節，無論是選址還是結構的設計，都會影響到整個監測系統的穩定性。在這里，當地的環境部門必須充分積累有用的經驗和教訓，參考國家水站下發的文件和相關標準，制定出更為完善的建設技術指標，針對選址和施工做出詳細的說明。水站所處的河段水深必須要大于一米，而站房和取水口之間的距離也必須小于300 米，這有利于管線布設，確保水站長期穩定運行。

其三就是數據管理平臺的搭建。從上文的敘述中可以看出，環境水質自動監測系統的運行可以滿足遠程控制的需求，所以其自身也會牽連到幾十甚至上百個水站的建設。系統每天都會收集海量的數據信息，這些資料的處理對于人為主體來講也是一項挑戰。在這種情況下，就要構建起更為完善的數據管理平臺，監測部門要結合平臺的運行，定期審核上報本地的監測信息，然后由上級部門作出統計，展開統一的總結與評估，最后編制出完善的報告，整體的運行如圖1 所示。只有這樣才可以有效滿足自動化管理的需求，省略更多繁瑣的步驟和流程。

圖1 數據管理平臺

最后就是系統的驗收，在監測設備入網之前，驗收就是最后一道關卡，能夠充分體現出監測數據本身的有效性。當水站的儀器設備安裝完畢之后，建設方必須要有足夠的自覺性和主動性，對設備進行驗收和調試，保證水站的運行狀態是足夠穩定的[4]。這里說的驗收主要牽涉到站房的檢驗、儀器設備的清點、儀器性能的評估、儀器配置結構、系統功能描述等多個方面的內容。當各區水站的驗收告一段落的時候，也要把這些收集的資料完整上報，真正做到一站一檔，這樣也有利于后期的查閱和搜集。

4.2 強化過程性的運行管理

4.2.1 水站本身的運行維護

當水站投入使用之后，其自身狀態的穩定與否與后期的運行管理存在密切的聯系。維護管理工作的落實，能夠進一步提高自動監測數據的可靠性，所以必須獲得更高的認可與青睞。在這里，生態環境部門可以自主進行運維，也可以委托第三方機構進行運維。相對于自主運維來講，第三方運營機構的專業隊伍建設要更加突出，而且有更強的獨立性，不會因為行政干預而影響工作的結果。因此，生態環境部門必須更加重視與第三方運營機構的對接和溝通，要構建起長效合作機制，特別是水站公開招標的時候，環保部門也要把建設和運營打包到一起，這樣可以避免多個參與主體之間的矛盾。

4.2.2 日常工作中的監督和管理

這一領域的重點是維護儀器設備本身的穩定性。具體來講，無論是受主觀因素影響還是受客觀因素的影響，儀器設備導致的誤差都是難以避免的，這就有可能造成監測數據的異常，所以對儀器設備的監督管理與數據審核也是極為必要的。

4.2.3 制度的進一步完善

環境水質自動監測系統包括數據收集、數據傳輸和數據應用這三個核心環節，而這三個環節是相互聯系且密不可分的，無論哪一個環節出現問題，都勢必會影響整個系統的質量[5]。所以為了確保數據的整合萬無一失，也必須構建起更為完善的管理機制。具體來講，運營單位要有信息反饋的自覺性，要統籌管理水站的日常運行。此時，監測部門要及時審查并上報數據，上級管理部門需要對上報數據進行匯總和評估，然后對整個區域內的水質進行評估，進而做好后續的預警工作。

4.2.4 巡查工作的落實

水站的運行與周邊的環境有著密切的關系，有可能會受到各種主客觀因素的影響，因此必須要定期展開巡查工作，對比設備運行的前后狀態，提高數據的準確性和可靠性。在這里，臺賬就是對工作最為有效的反應，當地的生態環境部門不定時對水站進行隨機巡查，通過周期性的對比，檢查試劑更換是否妥當、儀器維修記錄是否健全。在這里，巡查人員還需要攜帶一些質控的樣品，在到達工作現場之后及時通知水站的運營方，如果最終的測試結果不合格，那么要及時進行公開通報，這樣也可以做到信息的透明化。

4.3 系統的階梯性維護

4.3.1 檢測站系統的維護

主要包括定期清洗、不定期清洗和定期維護這三個板塊。就定期清洗來講，主要對應的是取水管路本身的運行質量，能夠有效防止泥沙堵塞、藻類吸附等現實問題[6]。在這里，操作人員必須定期拆卸或者清洗取水口，以一個季度為周期，特別是對于那些泥沙量較大的地區來講，要適當縮短清洗的周期，維護取水管路的內生環境，進而延長儀器的使用壽命。就不定期的清洗來講，主要牽涉到水質監測系統本身的自凈功能，如果自動清洗可以滿足日常的維護需求，那么操作人員也自然不需要多加考慮。如果水中已經累積了大量的懸浮物，那么無論是配水單元管路還是采水單元管路，都會有大量的雜物沉積，這就會進一步影響傳感器的運行狀態，影響樣品注入反應池中的體積，干擾最終的監測和識別結果。就定期維護來講，主要包括站內技術人員的維護和供應 商的現場維護[6]。技術人員必須展開定期的遠程檢查，并以一周為期限，進行全方位的巡視，同時還要利用軟件遠程下載監測站的數據。

4.3.2 試劑的管理

試劑是與儀器的運行聯系在一起的，其能夠與待檢測的水產生多種奇妙的化學反應，最終反映出當地水體的質量，因此，試劑本身也可以影響檢測結果的準確性。一般情況下，自動監測系統采用的試劑以優級純和分析純為主。在正式開始操作之前，必須認真檢查試劑的濃度，儲存期和存儲容器本身的密封性，如果發現有沉淀或者是變色等現象，要及時進行調整和更換。同時，不同試劑的穩定性是存在明顯的差異的，如果試劑的穩定性差，而且濃度相對較低，那么就要盡可能地降低配置的頻率。如果試劑的性質較為特殊，那么操作人員也要選擇特定的存儲方法，保留專門的存儲空間，如氧化劑或者是還原性試劑，就要用棕色或者是深色的瓶子儲存，而且還要擺放在陰涼干燥的地方，避免陽光的直射。

4.3.3 儀器的管理

主要包括定期校準、質量控制樣品檢查、實驗室對比這幾個板塊。就定期校準來講，操作人員要以一個月為周期，積極尋求專業監測機構的幫助，并配合其工作人員展開系統性的校驗。在這里，若是儀器已經長時間停機，而后又重新啟動，那么操作人員要及時更換試劑，并對其參數進行重新校準。就質量控制樣品檢查來講，大多是以一周為周期的，操作人員要檢查儀器的漂移狀況，如果超過誤差范圍，那么就要重新進行校準。就實際水樣對比來講，以一個月為周期，將實驗分析結果與自動監測儀器分析結果進行比對，如果超過誤差范圍需要對自動監測儀器進行校準。

4.3.4 數據的管理

數據的管理包括與歷史數據的對比、參數相關性的分析、環境因素的測定這幾個方面。就歷史數據的對比來講，一般情況下都具有相對穩定性，可如果最近一段時期監測數據變化極為明顯，那么操作人員就要對信息的準確性作出進一步的論證，如果有必要，可進行實驗室分析比對，最終確認是否需要剔除數據。就相關性的分析來講，由于不同的污染物本身是相互關聯的，所以其參數也都蘊含著一些特定關系，這就需要操作人員把握好參數之間的規律。

5 結語

總的來說，環境水質自動監測系統的建設是任重且道遠的，在實踐的過程中也會遇到各種各樣的現實挑戰，所以從業人員要保持足夠的耐心和熱情。本文通過總系統的設計、過程性的質量管控、測站的系統維護這幾個角度，論述了環境水質自動監測系統的運維方法，具有理論上的合理性與實踐上的可行性，能夠作為現實中的參考指南和依據。