水質自動監測技術在水環境保護中的應用策略研究

李占生

（寧夏回族自治區水文水資源監測預警中心，寧夏 銀川 750011）

自工業時代以來，社會經濟逐漸發展，但水污染問題不絕如縷，甚至引起各界廣泛關注和討論，在一定程度上會影響社會經濟的發展。在水環境保護的過程中，水質自動監測是常見的技術手段，這種技術的應用能夠滿足水質監測的準確性、有效性和及時性需求，且在應用的過程中能夠提高整體監測效果，保證水質質量[1]。與傳統人工采樣水質監測技術相比，采用自動化監測措施在很多方面都具備優越性，能夠滿足互聯網視角下的技術監測需求，在水環境監測工作中具有一定的應用價值。

1 水質自動監測系統

該文對水質監測系統進行分析，主要將該系統長期應用于某地區水質采樣檢驗，同時記錄和分析相關檢驗數據，最終形成監測報告。在進行水質監測的過程中，傳統監測主要采用的是人工采樣監測措施，這種方式需要消耗大量的人力、物力以及財力，完成監測后，監測報告時效性較差，無法滿足當前互聯網技術高效、準確和及時的監測需求。在水質監測的過程中，采用自動化監測技術可以滿足及時取樣和數據反饋需要，還可以快速生成監測數據分析報告，這種技術可以同時對幾十種水質指標進行監測，既滿足了多樣化的水質監測功能要求，又能滿足及時、準確和全面的水質監測信息反饋需要[2]。水文水質監測數據是國家保護和開發水資源的資料來源和技術支撐，在水生態和水資源保護中具有重要作用。水質監測采用水質自動監測技術可以在無人值守的條件下自動獲取監測數據，并對相關數據進行收集、分析和整理，完成數據處理后及時向信息中心上傳。采用這種方式能夠滿足遠程監控需求，對監測點水質情況有全面的了解，為環境監管和污染治理提供參考。該系統主要涉及的內容包括遙測系統以及分析儀器，系統運行主要采用分析軟件和監控軟件開展工作，應用這種系統能夠及時、準確、有效地記錄數據和分析數據，實現自動、實時監測需求，系統構成如圖1所示。

2 水環境質量監測案例分析

在水環境保護中，應用水質自動監測技術可以監測水質情況，該文采用具體案例進行分析，對室內試驗數據和自動采集數據進行對比，通過自動監測系統獲取的信息和數據判斷是否具有可靠性。以某市為研究對象，主要涉及的水質監測斷面共計15處，監測項目涵蓋了汞、鎘、鉛、鉻、氨氮、硝酸鹽氮和水常規指標等，每年需要開展6次監測。近年來，該市水域綜合污染指數逐漸嚴重，2016年，污染指數僅為1.18，到2021年已經增至2.58，在2016—2021年，僅2018年出現下降趨勢，但降幅并不明顯，其余年份均呈上升趨勢，僅在2016年就超過了重度污染（1.01～2.00）標準（表1），且在2020年之后已經超過2.0，達到嚴重污染標準，研究區水域綜合污染指數變化趨勢如圖2所示，通過監測結果論證發現，該市相關河段呈現出來的污染情況較嚴重，同時污染情況呈加重趨勢。

表1 水質污染分級標準

對水環境質量進行分析發現，水中污染物濃度決定了水環境質量，但這種濃度又由排污量和來水量共同決定[3]。為有效探究污染物的來源，本次研究選擇58個排污口開展調查，調查結果發現，在這些排污口中達標的數量僅為14個，占比僅為24.14%；未達標的排污口數量高達44個，占比達到75.86%。傳統水質監測通常需要在固定時間內對設置好的斷面開展監測工作，一旦排污口污染物超標，難以開展有效的監測措施和科學的處理方式，為有效控制污染物排放，在水環境保護的過程中可以針對性采用實時監測措施。

3 儀器性能測試

3.1 測試原理與方法

針對使用的水質自動檢測儀的性能測試進行分析，主要采用的測試方法涉及量程漂移、零點漂移和重現性等。其中，對所采用的零點漂移而言，在操作的過程中，首先需要在零點校正液中放置監測系統采樣器，采用連續監測的方式監測24h，所需校正液可以選擇蒸餾水，測試值的選擇可以選擇3個典型值，再計算出3個值的平均值，將該值作為初始零值，如公式（1）所示。

式中：Z0表示自動監測系統的初始零值，Zi表示第i次所測試得到的零點值，在自動監測系統中，采用ΔZ表示零點漂移絕對誤差，采用Zd表示零點漂移，零點漂移絕對誤差中，Zmax表示最大誤差。

在監測的過程中，需要在80%量程標準液中放置采樣器開展監測工作，連續監測24h，完成監測后做量程漂移測試，需要選取6個比較典型的測定數據的平均值，在減去標準液濃度的基礎上，再減零點漂移和量程的積，進而再將其絕對值除以量程，如此便可得到量程漂移。對濃度和試驗用水比較接近的標準水進行測定，同時需要選擇6個典型數據的平均值，減去標準液的濃度，在此基礎上除以標準溶液濃度，如此便可計算出重現性測量誤差。

3.2 測試結果

在監測的過程中，需要采用水質自動檢測儀，并對該儀器的量程漂移、零點漂移以及重現性進行測試，完成測試后可獲取的相關數據見表2。通過對表2進行分析，監測得出的相關指標都能滿足要求，得到的測試結果具有較強的穩定性和可靠性，進而有效滿足室內試驗和現場監測對比需求。

表2 儀器性能測試

4 系統可靠性分析

4.1 CODCr可靠度

水樣選擇4組，對4組水樣的測定都分別采用室內試驗以及自動監測系統，4組水樣的CODCr含量范圍分別處于以下區間，如公式（2）所示。

在測定的過程中，對每個試樣測定需要開展3次測定工作，完成測定后取平均值，將平均值作為結果。在基礎上，需要對室內試驗和自動監測儀器測定的數據開展誤差計算，所采用的誤差如公式（3）所示。

式中：xi和xj分別表示自動監測儀器和室內實驗測試結果。

此外，需要對水樣的室內試驗和自動監測儀器試驗結果進行統計，統計內容還涉及了二者相對誤差，統計結果見表3。對表3進行分析，發現當CODCr呈現出來的含量比較低時，這兩種方法所呈現出來的測試結果相差并不大，相對誤差也不超過2%，但一旦CODCr含量超過200mg/L時，系統測試所得到的結果明顯高于室內試驗結果。因此，采用自動監測系統獲取的數據呈現出來的真實性以及可靠性比較高，能夠滿足水質監測需求。

表3 CODCr試驗對比結果

4.2 N-NH3可靠度

通過采用室內試驗和自動監測系統方案對4組水樣開展測定工作，采用的N-NH3濃度范圍分別如公式（4）所示。

在處置方面采用的方法和CODCr保持一致，在不同的氨氮濃度下，兩種方法呈現出來的結果都較好，二者的相對誤差都不足2%（表4）。對此，在監測過程中采用自動監測系統所測定的數據具有可靠性和真實性。

表4 氨氮試驗對比結果

5 水質自動監測技術在水環境保護中的應用措施

5.1 地表水水質監測

在水環境保護中，地表水水質監測可以有效采用水質自動監測技術，這種技術的應用不受空間制約，可以實現遠程控制需求。對地表水實施自動監測，能夠滿足相關部門對重點斷面水體的水質情況掌握需求，通過該方式來全面掌握流域性水質污染情況，及時進行科學預報，采取預警措施，能夠規避跨行政區域之間因水污染而產生糾紛等問題[4]。因此，需要逐漸開展建設自動監測站，這些監測站能夠準確自動監測水質，對水環境保護具有重要作用。此外，在監測過程中，通過采用自動監測技術對地表水水質進行監測，不斷將這種技術應用到湖泊等水環境中，在很大程度上能夠滿足相關部門掌握水環境水體質量需求。

5.2 水庫水質監測

水庫通常需要對相關居民進行供水，相關部門要重視水庫的水質。在水質監測的過程中，可以采用自動監測技術來監測水溫、溶解氧、pH值、電導率和渾濁度等相關指標[5]。除此之外，還可以對水庫的藍綠藻、葉綠素、氨氮、總氮、鎘、錳、總磷等指標進行監測，使用該系統能夠滿足數字信息視頻和遠程控制需求，實時傳輸監測數據，提高水環境監測能力[6]。此外，在水庫水質監測的過程中，采用自動監測技術查詢站點水質數據，及時查明水源地產生污染或水質超標的原因，一旦發現水源地水質監測項目出現超標現象，可以通過無線傳輸系統進行報警，同時啟動應急預案。通過應用該技術，可以對水質進行全程監管，對存在問題的水質采取解決措施，通過該方式來保障供水安全。

5.3 排污口污水水質監測

在污水排放管理中，通常情況下，存在相關管理人員較少，但巡檢任務比較繁重，甚至存在對企業的污水排放情況了解程度并不高[7]。此外，排污單位容易產生不積極繳納排污費或者拖欠排污費的情況，導致排污管理工作未能取得預期效果[8]。但在排污口污水水質監測中采用自動監測系統，可以對水質流動情況進行自動監測[1]。這種系統的應用有較大優勢，一是由于該系統具備遠程操作功能，可以結合被監測單位的具體污水排放情況實施專業的解決措施，二是針對傳統排污收費模式開展改革和創新，可采用先交費、再排污的管理措施，同時還可以針對企業的污水排放水質、流量等實時監測，并采用遠程控制的方式來對自動電控閥門進行控制[9]。當企業完成預付費用充值后，才能進行排污，若產生欠費，系統終止排污，同時還需要設置排污上限，若某指標達到指定上限后，系統自動關閉閥門，不可繼續排污。采用遠程監控的方式展示歷史和實時數據，并采用通信工具和網絡系統查詢相關數據，通過該方式保證數據在傳輸過程中的完整性。

6 結語

在水質環境保護的過程中，可以針對性采用自動監測技術，在這種技術的基礎上安裝在線自動分析儀，同時構建監測體系，該體系主要包括傳感技術、計算機、自動測量和自動控制等技術，在技術應用的基礎上不斷完善管理措施，通過該方式提高自動監測技術的應用效果，對解決我國水污染問題具有重要作用，進而對保護水環境、改善生態環境和實現生態可持續發展具有重要意義。