水質自動監測技術的應用分析及效益評估

劉凱麗

（廣東樸華檢測技術有限公司，廣東梅州 514700）

近幾年水污染問題十分突出，嚴重影響了人們的生產生活，水環境保護逐漸成為生態環境保護的重點工作，備受關注。水質自動監測技術可以在自動采集、實時通信、智能監測等基礎上快速判斷水污染程度，輔助查找水污染致因，已經成為水環境保護中不可或缺的關鍵。該技術可減少人工成本投入，其操作更便捷、結果更準確，具有非常好的市場前景，值得深入研究和拓展。

1 水質自動監測技術概述

水質自動監測技術問世于20世紀70年代，監測內容較少，主要針對pH、SS、氨氮、BOD和COD等五項指標進行檢測。進入21世紀后，遙感技術、地理信息系統及全球定位系統逐漸運用到水質自動監測過程中，形成了高度信息化特征的水質監測體系，可達到重點流域水質自動連續，效果顯著。

隨著技術的創新，水環境保護在原有的五項檢測指標基礎上又增加了溶解氧（DO）、電導率、濁度、高錳酸鹽指數等指標，對水質監測提出了更高的要求。為此，水質自動監測體系開始利用物聯網及信息技術進行水質信息的自主采集。上述自動監測系統支持數據高效整合分析，可在短時間內獲取水質的真實情況，避免了人為要素的干擾。同時，支持全程自動化操作，系統運行更穩定，日常維護更簡單，且監測準確率和時效性都明顯提升，使得我國水環境保護工作穩步推進。

2 水質自動監測系統主要功能

2.1 自動化監測

水質自動監測系統可通過傳感器、敏感元件等，快速捕捉水質數據，如溫度、pH、硬度、電導率等，監測其是否達標。此外，還可擴展監測其他相關指標，如氨氮、金屬元素等，在線監測準確率更高。

2.2 預警預報功能

水質自動監測系統可以在監測到水質污染問題后及時發出預警，通過聲音、顏色、圖標及各項數值提示工作人員發現異常情況，配合自動報警提示，以提高水污染處理實效。

2.3 信息管理及數據管理

水質自動監測系統能夠通過后臺軟件進行水質信息發布，工作人員可在計算機及手機APP中在線查詢水質信息，展開互訪，實現共享。并運用可視化軟件對歷史監測數據的整合分析，可作為工作人員問題判斷的依據。

3 水質自動監測技術在不同場景中的運用

3.1 用于排污口水質監測

排污口水質監測是水環境保護的重要工作，污水需經過專業處理符合標準進入市政管網或江河湖海。水質自動監測技術可對排污口水質進行監測[1]，查看污水是否符合入河水質要求。

在運用時將水質自動監測設備安裝于污水處理廠或工業排污口，可實時在線采集水中重金屬含量、pH等參數，通過遠程監控使環保部門掌握企業排污情況，實時預警處理。同時，該技術支持企業污水排放量的智能化計算，可及時查明排污企業是否存在排污費拖欠及漏報排污量等問題。

3.2 用于水庫水質監測

水庫主要負責提供居民飲用水、工業用水及農業用水，與生產生活息息相關。將水質自動監測系統用于水庫水質監測可實時監測水質數據變化，若水質指標在短時間內超出設定閾值，系統發出告警。工作人員可根據告警信息及時預防處理，保證水質安全，避免出現蓄水危機或水質污染。

我國傳統的水庫水質監測很難實現持續性的高頻率水質監測，難以于水污染早期發現問題，水質監測帶有一定滯后性。而水質自動監測系統可利用自動化裝置實時采集，并及時反饋，使保護部門第一時間獲取有效信息，鎖定污染區域，探明污染成因，緊急部署，極大提升了水庫水質監測質量和水污染防治效率。

3.3 用于地表水水質監測

水環境保護中，地表水監測及保護必不可少。水質自動監測系統可實現對地表水水質監測，分析水質變化情況、水域流動情況，對于出現的異常情況第一時間匯報與處理。

受我國行政區域管轄分割的影響，跨區域水質監測不夠全面，甚至存在明顯的灰色地帶，而水質自動監測技術可實現全方位、無死角在線監測，為跨區域污水整治提供了參考依據，實用價值顯著。

4 水質自動監測技術的應用效果評估

4.1 前期準備

本研究以某工廠為例，利用水質自動監測技術對其循環冷卻水指標進行監測，其裝置主要包括采樣水泵（750W自吸泵）1臺、水管、電纜、通信線纜及穿線管，安裝過程中要求如下。

（1）裝置定位。按照《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 500050—2007）中的技術要求，將水泵、水管、電纜等裝置預裝到指定位置。

（2）水路連接。本次水質自動監測環節分別設置循環水路（包括進水回路和出水回路）和逆流水路，前者主要用于循環進/出水樣的采集，為采集點到監測裝置間的連接管路；后者主要用于無壓排放，為經監測裝置后到排放管道間的連接管路。

（3）指標設定。按照水質監測標準調試裝置，保證水質自動監測平臺中可準確顯示循環水的水溫、酸堿度、硬度、濁度等。

4.2 試驗驗證

本次試驗中人工監測和自動監測同時開展，監測周期為30d，通過對比兩組30d中水質連續監測結果，判斷水質自動監測的可靠性和準確性。

（1）調取監測周期內水質自動監測系統中的pH、總硬度、NTU等關鍵指標，可發現所取水樣氯離子含量及總鐵含量超標，濁度偏高，在一定程度上影響了工廠設備的安全性能和可靠性能，如表1所示。

表1 30d水質自動監測數據

（2）所取水樣pH平均為8.23，偏弱堿性。30天的pH最小為7.67，最大為8.48，不會引起析氫（pH＜5.5時，設備鈍化膜遇酸反應，保護膜易損壞，致使裝置氧化）反應或影響裝置傳熱（pH＞9.5時，設備中鐵元素遇堿反應，生成Fe（OH）3，形成顆粒、沉淀，附著在裝置上），滿足工廠循環水使用要求。

（3）所取水樣總硬度平均值為408.16mg/L，30d內變化幅度大多不超過100mg/L，基本穩定；個別天數中變化幅度在200mg/L左右，現場調查后發現為當日補充水硬度過大導致，在補水過程中應全面注意。

（4）所取水樣氯離子平均值為789.71mg/L，明顯高于循環水水質指標（700mg/L），其30d內最大含量可達860.77mg/L，造成水樣電導率過高。在氯離子含量持續超標情況下，工廠循環水將會影響設備的安全性和穩定性，嚴重時甚至使其在高電導率水樣中出現點狀腐蝕，造成設備損毀，針對該情況應及時處理。

（5）所取水樣鐵含量平均值為2.34mg/L，是循環水總鐵指標（1.0mg/L）的2～3倍，加大了設備腐蝕的可能性。尤其是在個別天數中，總鐵含量超過3.0mg/L，嚴重影響了設備安全運行效果，應加大補水及緩蝕處理。

（6）所取水樣需氧量平均值為78.96mg/L，變化幅度在40mg/L之內，均在標準范圍內。

（7）所取水樣濁度平均值為21.92，遠超過循環水水質指標（10）。現場可直接觀察到循環水濁度超標，應加大阻垢劑用量及及時補充新水。

對比所取水樣30d人工監測結果，其pH、總硬度、氯離子含量、鐵含量等基本一致，該廠污水排放口存在重金屬超標。針對排污口污水處理系統進行檢修檢查，發現是排污系統出現故障，污水處理能力減弱，從而出現重金屬超標等問題，確定水質自動監測結果快速、高效，且準確無誤。

4.3 效益評估

在工廠引入水質自動監測系統后，完成了對6個排污口水質信息數據的及時采集、動態監測，發現了該廠排污口污染源超標情況，通過人員及時處理和防護，全面提升了污水排放質量和水生態環保效果。水質自動監測系統對應的自動監測功能、自動報警功能、數據處理和綜合信息處理等功能，真正做到對企業排污口污染源的全面監測，使得企業獲得理想的經濟效益回報，且幫助企業履行生態保護責任。

5 水質自動監測技術應用思考

水質自動監測技術可遠程采集、在線傳輸、智能監測、實時告警，時效性強、準確度高、功能完備，具有非常高的實用價值。但受人員因素、技術因素等影響，現階段推廣應用中也存在一些問題，亟待調整處理。

5.1 應用范圍偏小

目前，我國水質自動監測系統應用范圍較小，自動監測站點較少，部分水庫及水系監測仍選擇傳統的人工模式，影響水質自動監測技術的推廣應用。

因此，要繼續加大宣傳，配備高素質、精英型的水環境保護團隊，以實現水質自動監測技術在基層、偏遠地區的推廣，帶來傳統工作模式與流程的改進，讓信息技術更好地助力水環境保護。同時，還要注重對技術人員的教育培訓，使其熟練使用水質自動監測系統，掌握先進的監測技術，靈活處理監測中的突發問題，切實提升水質自動監測質量。

5.2 技術有一定缺陷

在技術推廣中也存在技術方面的缺陷，主要表現為：水質監測數據與實際水質數據有一定偏差，對水質監測復雜環境適應性較差，水質自動化監測技術功能相對單一等。

針對上述問題，應改良水質自動監測設備生產工藝，針對監測設備容易在復雜作業環境下運行不穩定、監測精度下降的實際問題，進行設備性能的改進，并配合引進國外先進技術，以參考發達國家成熟的設備設計經驗，為提升我國水質自動監測設備質量助力。

6 結語

水質自動監測系統以在線自動分析儀器為核心，通過現代傳感技術、自動測量技術、網絡通信技術、數據處理及可視化技術等，實現了智能平臺中水質數據的全面展示、在線發布、風險告警。與傳統的水質自動監測站相比，其無需建房、成本低，且具備防雨、防雷、防塵、防盜、耐低溫、防高溫、自動運行、無線通信等功能，設備集成度高，功能齊全，適合廣泛布點，優勢顯著，值得在水環境保護中全面運用和推廣。