讨论水质在线监测系统建设

[摘 要]阐述了水质在线监测技术的现状，介绍了水质在线监测系统的组成并提出相应建议，指出了水质在线监测系统面临的问题。

[关键词]水质；在线监测；建议；展望

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0398-02

1.引言

随着监测技术的发展和监测范围的扩大，整体监测质量有了提高，但由于受采样手段、采样频率、采样数量、分析速度、数据处理速度等限制，仍不能及时地监测环境质量变化、预测变化趋势，更不能根据监测结果做好应急预警工作。水质自动监测系统的建设，可以在地区分布网点或在重点污染源布设监测点，进行在线实时监测，数据通过有线或无线传输方式送到数据库服务器，并根据用户需求对数据进行分析统计，实时通报用户情况，更换实现突发事件的预警。同时，通过大量在线数据的积累，可研究解决当前水环境问题的战略思路和技术措施，为改善水环境质量、确保饮用水安全提供技术支撑。

2.水质在线监测系统的组成及其建议

水质在线监测系统是一个以在线分析仪表和实验室研究需求为服务目标，以提供具有代表性、及时性和可靠性的样品信息为核心任务，运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件，组成一个从取样、预处理、分析到数据处理及存贮的完整系统，从而实现对样品的在线自动监测。水质自动监测系统一般包括监测设备、取水系统、配水系统、清洗系统、留样系统、配电系统、防雷系统、安保系统、温控系统、防火系统、控制及数据采集系统。

2.1 监测设备

监测设备是整个系统的核心，也是监测数据准确可靠的基本前提。针对不同的水体类型、监测重点，选择有针对性的设备，如在监测设备的选择上，源水监测的基本监测项目包括五参数（水温、pH、溶解氧、电导率、浊度）、高锰酸盐指数、氨氮等；考虑到部分河段有船只航行，建议增加监测石油类、TOC的设备；水体类型为湖泊的，建议可增加藻类、总磷、总氮、生物毒性的设备。出厂水及管网水的基本监测设备包括余（总）氯、浊度、pH等设备。条件允许，可增加水压、水流量计等设备。尽量选用能够定期和接受远程指令后自动进行标样核查的仪器设备，提高监测数据的可信性及准确性。仪器设备的量程最好是有多个量程的，仪器能够根据水质变化自动切换合适量程，提高监测数据的精准度。选用仪器设备最好内部已集成运行状态的自检功能，实现运行参数的状态的远程传输，及时掌握仪器现场情况，方便日常运营维护。选用仪器设备具有485或232端口，实现终端软件对仪器的控制，报警信号的传输。考虑到南方的春季的潮湿天气，浊度仪器设备的设备不适宜选用流通瓶式的，最好是把探头直接放入水中的，可以避免因结露而影响监测结果。

2.2 取水系统

取水系统由水泵、浮筒、格栅或过滤网、水管、压力流量监测仪等组成。取水系统的设计必须保证在汛期和枯水期能正常工作而不至于被损坏。取水系统可以根据河流丰、枯水期点位变化情况，动态调整采水位置，采样点应避开死水区和回流区，采样位置设在采样断面的中央，采样管远离管、壁和湍流部位。而采样点应尽量选择靠近监测站房的地方。考虑到监测站水体的水位时刻发生变化，为保证取水系统能正常运作，可根据实际情况而采用浮筒式取水。采样点取水水管的进水孔离水表面以下0.5米，而水库水源水采水设计方案能同时采取表层水和深层水的水质监测，取水水管的进水孔在水表面以下0.5～5m范围内进行调节，确保能取到表层水和深层水。取水水管四周安装10～20目的金属筛网阻隔，避免漂浮物阻塞采样口。送水管道建议选用联塑的PP-R或光滑钢化玻璃管材，避免水质中不同种类的化学物质、抗物质和杂质，与金属管壁接触会产生化学作用，令管壁出现氧化和脱落而造成二次污染，且不释放出重金属或其他损害健康的物质，将对水样的影响见到最低。考虑到在线监测系统的实时性，预防采水系统管路的阻塞、爆裂等突然情况，建设采用双泵双管路的设计建设。

2.3 配水系统

配水主管路采用串联方式，主要通过PCL控制电动球阀，达到水样和气导入到相应的管路。为避免采水管路脏污影响，所有阀门采用大扭矩不锈钢机芯，不受沙粒影响管路。配水管路要用无阻拦式过滤装置，在主管路上，每台仪器都设有旁路系统，通过手动阀来进行调节，这样，每台仪器都从各有的过滤装置中取水，保证单台仪器、过滤器损坏或需要维护及仪器出现故障时，每台仪器都不影响其他仪器的工作。各仪器并联到管路中。根据仪器对水样的要求，水样进入设备分为两部分。一是水样按照最短取水距离原则不经过任何预处理，直接送入五参数自动监测仪水槽及不需预处理的管路，槽内及管路保证水流稳定持续，水位恒定，系统停止时疏通存有余水，保持电极湿润。二是水样送入超声波处理器对水样进行预处理，处理后不改变水样的代表性。

2.4 清洗系统

清洗系统包括自来水反冲洗和气反冲洗功能。为防止泥沙或藻类阻塞管路、影响监测结果，系统可配置清水泵、空气压缩泵、加药泵、臭氧发生器等，且设计有反冲洗旁路管道。清洗系统可以由PLC来自动控制或人工手动进行自动反冲洗，或使化学试剂清洗液（考虑到不对环境造成二次污染，设计中不使用对环境产生污染的清洗液）对采样管路全程进行自动反冲洗，且由气动阀的切换可通过高压振荡空气进样管路冲洗。

2.5 留样系统

当被测水质出现超标或异常值时，系统能够及时报警并自动采集瞬时样品并保存，以备实验室分析，因此，建议源水监测站应配置自动留样器。为保存足够的水样，建议选用留样瓶为2L的，数量为24个，且留样瓶为可拆卸清洗的留样器。

2.6 配电系统

源水监测站的配电系统由交流电稳压器、电源避雷器、UPS支流充电稳压电源等组成。为保护PLC、监测设备等，必须配置交流电稳压器（建议使用三相电流稳压器），避免断电来电后脉冲对设备的损坏。当市电断开后，UPS电源可保证终端系统正常运行12小时以上，确保数据的保存，避免设置的丢失。电源避雷器是当电网因雷击或其他因素导致产生高压脉冲时，可以在最短时间内将电路上的感应雷击而产生的大量高压脉冲的能量释放到底线上，从而保护电路上的设备免遭损坏。

2.7 防雷系统

源水监测站位于频繁发生雷击的地方，设备容易受到干扰，甚至雷击下而烧毁。因此，站房必须做好防雷保护，做到有备无患，才能更好地维护站房的安全运行。二，防雷系统包括站房防雷和设备防雷。注意站房防雷和设备防雷必须分开设计，一旦设备防雷接入站房防雷系统，设备会直接受外部雷击而损坏。

2.8 安保系统

源水监测站的安全设计主要针对包括非法破门、破窗、非法进入保护水域等内容。出现非法入境的情况时，通过安全设备可以立即向远程监控中中心自动报警。安保系统设计包括站房外安装声光报警装置、大门安装门禁系统、大门、窗户内侧安装磁感应控头、站内安装红外主动探测器、站内安装图像监控红外摄像头。在安保系统设计上注意提供UPS电源，断电持续供电时间不少于12小时；提供大容量存储硬盘，存储站房监控情况；互联网任意PC客户端或手机客户端可查看站房安保情况。

2.9 温控系统

监测设备所需试剂对站房温度要求比较高，必须配置空调、温湿度传感器等调节站房温度。站房温度可实时上传至系统平台，掌握现场环境情况。室内温度恒定在26℃，注意空调必须定期保养维护，确保使用寿命。

2.10 防火系统

以防火灾的发生，站房内部安装烟感和温感探测器，如果室内空气浊度或室温超过探测器内预设上限，发出声光报警通知安全守卫人员采取相应措施，同时远程拨号通知相关负责人员。站房内部配置不少于2个的灭火筒，考虑到设备为电器，建议使用干粉灭火器。

2.10 控制及数据采集系统

控制及数据采集系统包括PLC控制系统、数据采集、通讯传输、终端软件。PLC控制系统负责完成整个源水监测站的系统控制功能，包括取配水系统；设置监测频率、采样间隔等；取水系统的自动运行及定时清洗等；监测设备的检测、校准、标样核查等；对现场实时数据、运行状态等运行监视；对现场信号源数据进行不同类型的监视，以便于直观地获得信息；可对监视的数据进行报警定义，可设最高限报警、底限报警、开关量报警等，并记录报警时间，形成报警报表。同时，对通讯故障进行管理及分析，为恢复异常通讯提供分析依据。终端软件应具有强大的人机交互界面及良好用户界面，通过控制及数据采集系统实现源水监测站运行状态的查询、运行参数的设定、设备的控制等功能。数据采集系统建议通过485总线或232传输等方式，实时的对仪器的监测数据和状态进行采集，同时对辅助参数和环境参数的数据和状态进行采集。源水监测站的数据传输建议通过ADSL的方式向上层系统自动上报站点的监测数据、运行日志和各种信息。

3.水质在线监测系统的展望

当前，水质在线监测系统依旧存在以下几个问题：

（1）在线监测在行业上缺乏相关国家标准，建设、验收、运行维护等无法律可循，监测数据仅供决策参考，某种程度上缺乏发展方向。

（2）当前一些在线监测设备准确性并不高，比如重金属设备、免试剂设备，有的设备甚至超标上10倍才检测出来，造成一些指标的预警性不强。

（3）国外设备虽然准确性及实用性高，但设备故障修复时间长，维护成本大。

规范化在线监测建设及运营管理，形成相应的国家行业标准制度势在必行。进一步加强国内核心技术的研发，提品的技术含量，丰富产品种类，使产品功能多样化，应对环境监测和环境管理发展的需求。

4.结束语

总之，随着科学技术的不断进步，在线监测设备的技术问题会不断被攻克，提高人工维护服务质量，在线监测会被广泛使用，构建从原水、出厂水、龙头水三位一体的在线自动监测网络，保障人民群众饮用水安全。

参考文献

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