水质在线监测平台构建的设想

水质在线监测平台构建的设想

彭萌 1 成奇 2 苏伟 3

1. 身份证号码： 51010419890823**** 2. 身份证号码： 36010219740327**** 3. 身份证号码： 51382219870411****

摘要：多参数水质在线自动监测系统又名多参数水质在线分析仪器集成系统适用于:水源地监测、环保监测站，市政水处理过程，市政管网水质监督，农村自来水监控;循环冷却水、泳池水运行管理、工业水源循环利用、工厂化水产养殖等领域。监测站点通过联网的水质在线监测仪器和流量计将采集到的实时水质、流量数据传输至后台平台管理系统进行分析监测。显著改善水体环境质量。河道不会发生突发黑臭、突发蓝藻、突发油污污染等突发污染情况。本文根据作者多年工作经验，对水质在线监测平台构建谈了一些作者自己的观点和看法，供大家参考和借鉴。

关键词: 水质；在线监测平台；构建；设想

1、水质在线自动监测系统

水质在线自动监测系统(On-line Water Quality Monitoring System)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。自动监测系统一般包括取样系统、预处理系统、数据采集与控制系统、在线监测分析仪表、数据处理与传输系统及远程数据管理中心，这些分系统既各成体系，又相互协作，以完成整个在线自动监测系统的连续可靠地运行。

2、水质在线监测系统平台构件

2.1水质在线监测系统平台设计

2.1 监测项目  

化学需氧量（COD）、光吸收系数（SAC）、pH值、氧化还原电位、流量、温度、电导率、浊度、悬浮固体、溶解氧、氨氮等 

2.2 监测方法  

化学需氧量（COD）、光吸收系数（SAC）：紫外光谱法

pH值、氧化还原电位、温度：带温度补偿的氧化还原电极法   流量：超声波法  

电导率：电极法  

浊度、悬浮固体：可见光透射散射法  

溶解氧：薄膜电极法  

氨氮：分光光度法

2.2系统组成 

水质在线监测系统由水质在线分析仪（可监测化学需氧量和光吸收系数）、pH计、氧化还原电位计、流量计、温度传感器、电导率仪、悬浮固体/浊度仪、溶解氧分析仪等组成。如下图所示：

该系统本身具有数据集成采集与处理功能，所有辅助水质参数监测仪都可以通过通用模拟接口4-20mA与水质连续在线自动监测系统的主设备化学需氧量（COD）紫外在线监测仪连接，所有监测数据都进入COD紫外在线监测仪统一汇总，然后，COD紫外在线监测仪可根据用户要求分别通过GPRS或RS485将监测结果上传到上一级监控部门以实现监测数据上报和远程控制等功能或上传至PC机中，如果PC机中安装有相应的监控软件则还可以实现实时数据的储存、历史实时数据查询和绘制浓度曲线图等功能。

2.2.1水质在线分析仪器

水质在线分析仪器按测量方式通常分为电极法和光度法两种，应根据使用环境的不同作相应的选择。水质在线分析仪是基于紫外全光谱技术的连续在线式水中有机物浓度分析仪，在水质的在线监测方面与传统的COD化学法和现有的紫外单/双波长法相比均具有非常明显的技术优势，同时给用户的使用带来了明显的经济效益，具体表现如下：

与传统的COD化学法在线监测设备想比，在技术上具有结构简单、可靠性高、响应速度快（1秒钟一个数据）实时性高、不存在二次污染等特点，从经济效益上讲水质在线分析仪具有运行费用低、维护周期特别长（一般可达到半年之久）、维护量小等显著特点。

（1）测试模块 

对于如何获得水样的紫外全波段光谱，测试模块采用了如下图所示的光路原理，光源发出的紫外光通过光纤传输到流通池，穿过流通池时经被测水样吸收后，通过光纤传输到光谱仪。在光谱仪内部经过光栅分光，由阵列传感器将分光后的光信号转换为电信号，获得水样的连续吸收光谱信息。

测试原理图 

（2）在线稀释模块 

在线稀释采用具有自主知识产权的稀释装置，可以非常快速的完成按一定比例的对样品进行在线稀释，同时保证在线混合均匀，由于稀释倍数的改变灵活方便并且具有非常高的稀释准确度，所以该装置大大的拓宽了在线监测COD的浓度范围，再加上软件的灵活设置，可以由用户自主选择是否进行稀释测定，保证了同一台设备可以宽泛的使用在不同浓度范围的COD在线监测。

（3）预处理模块 

预处理模块采用独特的结构设计，利用样品水流与整体水流方向相反，使大部分水流沿滤芯外壁冲刷而下，只有很少一部分水流通过滤芯过滤后从相反的方向流出，该少部分水样送入测试装置进行紫外吸收光谱的采集，而大部分水流则通过冲刷滤芯的外表面而达到清洁滤芯的作用，这样大大延长了用户清洁滤芯的时间，减少了用户的维护工作量。

2.2.2取水系统

取水系统的设计主要针对满足水样的代表性、可靠性和连续性来设计的，该系统的主要组成部分有:取水头、取水泵、水样输送管道和流速流量调节几个部分组成。按照取水方式的划分主要分为直取式和浮筒式两种，直取式主要针对水位变化小的环境使用，如污水厂、污染源、自来水涵管取水等，而浮筒式主要针对水位变化较大的环境使用，如地表水等。

2.2.3预处理系统

水样预处理的设计主要是为了既要消除干扰仪表分析和影响仪表使用的因素，又不能失去水样的代表性。预处理的手段通常有自然沉降、物理过滤及渗透等。通常是根据水样的纯度来决定预处理的级别。有些分析仪器在设计时已经考虑了进样的预处理，需在系统集成时考虑与之配合使用。

2.2.4.集成辅助系统

辅助系统的设计主要是为了保障在线监测系统的连续稳定的运行，它需要根据现场情况的变化而作相应的调整。总体来说有以下几个方面需要注意:

(1)管路的清洗:由于管路中残留的污垢以及因此而孳生的藻类会对水样造成污染，所以需要对管路进行定时定量的清洗，清洗的方式和内容多种多样，目标都是为了保证水样的真实性和代表性。

(2)电力的保障:电力的稳定直接关系到仪表分析的准确性和连续性，因此首先尽可能选择稳定的交流电网以供接入;其次，在交流电进入自动监测系统前，需要对电流再次整流，以便应对突发性电流不稳情况的发生;最后，如果有必要的话，可以配备后备电源以供停电时在线监测系统的正常运行。

(3)预防雷击:防雷主要分为站房防雷、电源防雷和通讯防雷，当遭遇雷击时电流首先击穿防雷器以达到保护仪表及系统设备的目的。这一点在雷雨多发的地区尤其重要，当发生雷雨后工作人员要尽快检查防雷器的状态，如损毁要及时更换。

(4)调节温湿度:适合的温度和湿度对于仪表的稳定运行也很重要，这部分功能主要由空调和除湿设备来实现。

3、结束语

水质在线监测平台构建，具有较高准确性、实效性的特点,形成了可供参考的构建模式。

参考文献：

[1]水环境预警系统分类与功能分析[J].张锡辉,陶益.建设科技. 2011(17)

[2]高效液相色谱在水环境监测中的应用[J].王甲智,沈尧,王露洁,疏仁宗.中国高新科技.2019(08)