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水質水量在線自動監測系統(WPMS)是一套以水質分析儀器及儀表為核心，以防止水污染和遠程監視控制實現全流域水環境綜合評價為最終目的，運用現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通信網絡組成的一個綜合性的在線自動監測體系。通過WPMS可以對地表水的水環境質量及污染趨勢進行在線檢測，為防止下游水質污染迅速做出預警預報，及時追蹤污染源，從而為管理決策服務。

水質水量在線自動監測在國外起步較早，我國始于二十世紀末期，在水質水量自動監測、移動快速分析等預警預報體系建設方面處在探索階段。目前所用的自動化監測系統多為國外進口設備，現以泉州北渠監測站采用德國科澤公司（KUNTZE）技術建設的全省水利系統第一個可同時對水質水量進行實時監測的系統為例作介紹。

一 系統功能

水質水量在線自動監測系統的主要功能是對所監控的參數進行在線測量和同步分析。分析數據由現場計算機收集、存儲、處理，并能通過遠程傳輸，迅速送達上一級數據管理中心。數據管理中心綜合分析數據，進行判斷統計和評價，整理并形成各類報表，然后通過中心局域網將結果傳至各有關部門，以便采取相應對策。

1．實現監測自動化

德國科澤在線水質分析儀（包括德國K301COD在線高錳酸鹽指數分析儀、德國K201NH4-N在線氨氮分析儀、德國K201TP-TN在線總磷總氮分析儀和德國常規五參儀K100系列等），具有最佳現場使用效果，可以對水質水量進行自動、連續監測，數據遠程自動傳輸，隨時查詢所設站點的水質數據。其先進性體現在中心站可以實時顯示現場數據。

2．實現水污染的預警預報

水質水量自動監測一改過去總在事后才能向有關部門提供水質信息的被動局面，實現了水質發生惡化時儀器自動報警或響應，對晉江流域下游發出水質污染的預警預報，防患未然。

3．實現水質水量水文信息在線查詢和共享

水質水量自動監測系統可實現水質水量水文信息的在線查詢、分析、計算、圖表顯示、打印等，隨時實現各單位之間水質信息的互訪共享，實現全流域水環境綜合評價，可迅速為領導決策提供科學依據。

二 系統組成及質量控制

水質水量自動監測系統是在晉江流域設置龍門灘監測站，山美監測站，金雞監測站，北渠監測站和南渠監測站等5個連續自動監測子站，由水利局控制中心（中心站）控制5個固定監測子站，隨時對流域內的水質污染狀況進行連續自動監測，形成一個連續自動監測系統。

子站由輸配水管網、水質分析儀器及儀表、電氣自動控制、網絡通訊及輔助設施等組成，子站系統對于斷電、斷水等意外事件具有智能診斷、自動保護及自動恢復功能。各子站的工作是長年連續運行的。中心站是各子站的網絡指揮中心，又是信息數據中心，它配有功能齊全、存貯容量大的計算機系統，由通信聯絡設備及數據顯示、分析、傳輸和接收的管理軟件構成。中心站的主要功能：數據通信、實時數據庫、報警、安全管理、數據打印，中心站可通過子站控制單元，實時遠程監視及控制。中心站的工作一般是間歇式的。

自動監測系統在正常運行時一般不需要人的參與，而是在電腦的自動控制下進行工作。其基本監測項目包括水溫（T）、PH、溶解氧（DO）、電導率、濁度（SS）五項物理參數的測量及高錳酸鹽指數（CODMn）、總磷（TP）、氨氮（NH4-N）化學參數的分析測量以及水溫、流速、水位、流量等4個水文參數的測量。

1．水質在線監測系統的工作流程

原水由自吸泵提升后，分三路：一路進入物理參數測量儀表（四參數）進行檢測；另一路經預處理后供給水質參數分析儀表如：高錳酸鹽指數(CODMn)、總磷（TP）、氨氮（NH4-N）、進行分析測量，還有一路提供給水文四參數的監測。其所有測量值實時傳輸給基站電腦存儲并向上一級（中心站）傳輸，見上圖2-1水質在線監測系統工作流程圖。

2．水質在線自動監測站的工藝原理

（1）吸泵吸水口處外包10目的不銹鋼濾網，以阻攔可能堵塞潛水泵的雜物，并每天定時用壓縮空氣對濾網進行反吹沖洗。

（2）原水由自吸泵抽取河流水表層以下0.5～1.0m處的水樣作為分析、測試水樣，同時保證泵距離水底至少有1米的距離。

（3）抽取后的水分三路：一路提供水文四參數的測量用水，另一路通過管網直接進入Y型三通電極支架，供pH儀、DO(溶解氧)儀、CM（電導率）儀、TEM（溫度）儀進行測量；第三路進入沉砂分離器，濁度測量電極安裝在沉砂分離器內，供SS（濁度）儀進行測量。

（4）水樣進入沉砂分離器后，經過泥水分離，泥砂等一些比重大的雜質下沉，從沉砂分離器下端的排放口處被連續排掉。澄清后的水由增壓泵抽取進入河流水專用預處理系統（KL預處理系統）。

（5）KL預處理系統能過濾掉粒徑大于50μm（微米）的雜質，其出水供高錳酸鉀鹽指數(CODMn)分析儀表、總磷（TP）分析儀表測量；七孔過濾器能過濾掉粒徑大于1μm（微米）的雜質，在隔膜泵產生的負壓作用下，水樣經七孔過濾器過濾，進入氨氮（NH4-N）分析儀表測量。

（6）KL預處理系統配備空氣自動反吹裝置，通過PLC定時對KL預處理的濾芯進行高壓空氣反吹。

（7）CODMn分析儀表有純水自動制取裝置，用于CODMn分析儀表測量結束后儀表內部測量裝置的清洗。

（8）CODMn、NH4-N、TP 分析儀表的測量廢液進入廢液收集箱，由廢液泵泵入生化處理池中進行處理后排放。

3．水質在線自動監測系統的采樣裝置

該裝置由浮筒、單向止回底閥、濾網及導軌等組成，具體形式見圖2-3。該裝置由于浮筒的作用，而浮于水面，從而保證所取水樣水位于液面以下0.5米左右，進水口由包在濾網骨架上的濾網對較大的水體中雜物予以攔截，水樣通過單向止回底閥經進水管道由提升泵泵入；裝置整體可隨江面的水位高低而沿導軌進行自動升降；當濾網上的附著物影響取水時，系統可自動或定時對濾網進行反吹清洗。

4．質量保證與質量控制

水質自動監測系統具有連續運轉的特點，其采水和配水管路的清洗程度，儀器運行狀況，試劑與標準溶液的穩定性及分析儀器的基線漂移等都是影響數據質量的重要因素，為了保證測量精度，儀器必須帶自動清洗、純水制備、自動校正以及相應的程序控制裝置。

（1）自動清洗。由于被測流域水體中存有泥沙及微生物，特別在溫度適宜時，水體中藻類的大量繁殖，不僅會改變被采水樣的性質，使水樣失去代表性（最突出表現在氨氮和總磷的儀器測定值偏低），而且會堵塞濾網或膜，造成系統供水不足進而斷水，致使系統無法正常運行。針對上述情況，系統為把這些影響降到最小，在儀器測定間歇期增加了定時自動清洗步驟，對易造成影響的管線、濾網及膜進行有針對性的清洗。

（2）純水制備。分析儀表中有些參數在分析過程中需要純水，為此加裝了純水機將現場自來水通過純水機制備出純水，泉州北渠監測站純水機供高錳酸鹽指數分析儀表使用。（該純水機制備的純水僅供K301COD使用，不得用于配制試劑，否則會嚴重影響測試結果）。

三水質水量自動監測站的建設

1.站房。各地建站的具體情況和條件不同，但都滿足站房建設的基本要求，站房的建筑質量應符合通用建筑質量標準。相對濕度保持在90%以下；具有標準設施，上下水設施，安裝避雷接地設施。從而保證水質水量自動監測的順利運行。

2.防雷。采用專用電源防雷模塊，接入總電源的入口端。采用通訊線路防雷器，此防雷器可以同時保護兩路電話線遭雷電襲擊時對后續設備的損壞。

3.電源穩壓。控制系統的穩壓電源配備性能指標符合JB/T10089-2001、SB/T10266-1996標準的穩壓電源。當電網電壓不穩定或負載變化時，自動控制電路進行取樣、比較、放大、控制伺服電機帶動轉臂、電刷按所需方向轉動，使輸出電壓調整到額定值，而達到穩壓目的。

計算機UPS電源配備800VA/1600VA的穩壓輸出容量，自動調節輸入電壓。除了保護電腦外，更可外接打印機或掃描儀等電腦外設，避免了復雜的外部連線，并可對設備進行突波保護。

參考文獻

[1]中國環境監測總站編．中國環境監測技術路線[M]．長沙：湖南科技出版社，2003。

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Design of online water quality monitoring system based on Internet of Things

JIA Gui-lin， LIU Mei-cen， ZENG Bao-guo， CHENG Yuan-dong

（Sichuan Institute of Information Technology， Guangyuan 628017， China）

Abstract： To solve the problems of complex wiring and high cost in traditional water quality monitoring programs， a water quality monitoring system based on Internet of Things is designed to achieve the purpose of the acquisition， transmission and processing of multiple parameters， including dissolved oxygen， PH value， and temperature. The scheme is suitable for remote monitoring， and applicable to monitoring the quality of drinking water and water for the aquaculture industry.

Keywords： sensor； water quality monitoring； ZigBee； GPRS

0 引 言

為了徹底解決傳統人工水質監測及DCS、現場總線方式在管理及應用上存在的布線困難、成本高等不足，本文提出了以智能水質傳感器、無線傳感器網絡、專家庫數據庫為核心的物聯網水質在線監測系統。本系統通過分布式動態組網，可實現大范圍、24 h不間斷的監測，同時通過布設在水源地具有定位功能的無線傳感器節點，能夠偵測到飲用水源的污染情況，從而提高管理效率、保障供水安全，解決飲用水及養殖業水質在線監測和管理問題。

1 系統結構及工作過程

本系統的組成圖如圖1所示。系統在水源地布置多個水上節點（水質參數采集節點、遠程視頻采集節點、水質參數調節節點、ZigBee+GPRS無線網關），然后通過水質參數采集節點實時采集PH值、水溫、水位、溶氧量等水質參數，并通過ZigBee Endpoint上傳給無線網關的ZigBee Coordinator，再由后者經串口送入GPRS傳送到服務器；同時通過IP Camera（網絡攝像機）采集水面視頻信息，由3G方式送入（移動）服務器。運行于服務器上的信息管理系統將對數據進行統計、分析，并根據飲用水用水管理要求實時預警、告警，自動下發控制指令到GPRS無線網關，然后由ZigBee網絡下發指令到水質參數調節節點，啟動增氧機或PH值調節設備、水泵等，實時調節用水參數。管理人員則可通過PC、平板電腦或PDA等方式獲取實時水質數據，并對設備進行遠程控制。

圖1 基于物聯網的水質在線監測系統的組成

2 硬件電路設計

2.1 水質傳感器選型

以養殖用水為例，一般需要對水環境中的PH值、濁度、水位、溶氧量、溫度等五項基本參數進行監測[1]。本系統選用北京聯創與中國農大開發的、具有測溫和溫度補償功能的PH10、TS10、WL10、DO10四類智能傳感器來對水的PH值、濁度、水位、溶氧量、溫度等五項參數進行監測。四類傳感器均可通過RS485總線接收來自外部MCU的控制指令，然后返回測量原始值、溫度值、工程值等三個參數，因而可以大大簡化感知層的設計工作。

2.2 CC2530節點的接口電路設計

本系統的ZigBee節點選用成都感智信息技術有限公司的CC2530節點，該類節點帶有CC2591增益放大模塊，最遠通訊距離可達1 km。由于CC2530不支持RS485通訊，因而需要設計RS485轉3.3 V TTL電路，圖2所示就是CC2530無線節點與RS485傳感器的接口電路[2]。其中，5.0 V直流電壓主要為傳感器供電，3.3 V直流電壓為CC2530節點供電。通訊接口轉換芯片選擇MAXIM公司的MAX13487，光耦T1、T2用于CC2530與RS485總線的隔離，R8、R9用于采樣電源電壓以便服務器端能實時判斷節點的供電情況，R5、R6、R7、C5、C6、D1、D2、D3、L1、L2等為RS485總線匹配電路。

2.3 增氧機控制電路設計

系統中的增氧機控制電路如圖3所示，CC2530節點通過P0.1控制光耦T1，并驅動Q1控制繼電器J1，從而控制增氧機電源的通斷，達到啟動/停止增氧機的目的。

圖3 增氧機控制電路

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據2009年環境狀況公報統計，珠江、長江水質良好，松花江、淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。 中國社會科學院環境與發展研究中心副主任鄭易生指出，中國的各種水環境質量檢測報告，由于受布點數量和布點區域的限制，“并不能充分、真實地反映國內水污染現狀”。目前的水質監測現狀揭示了中國水污染的嚴重程度和水質監測的建設落后程度。

水質監測適用于源頭水、國家自然保護區，集中式生活飲用水地表水源地一級保護區、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場、仔稚幼魚的索餌場；魚蝦類越冬場、洄游通道、水產養殖區等漁業水域及游泳區等靜態水域。傳統的水質監測，需要耗費大量的時間以及大量的人力，經過繁瑣的步驟才得到數據，而在線水質監測系統可以實時的監測數據，自動進行設備的充電，用戶登錄App或者網站即可看到數據。

1系統總體的設計

在線水質監測系統如圖1所示，水質監測系統整體分成三層，感知層、網絡層以及應用層。感知層是系統的核心，是信息采集的關鍵部分；網絡層對整個系統進行無線連接，通過①LoRa技術將所有的水質監測儀連接起來，LoRa數據接收端將數據通過互聯網傳輸到服務器，服務器進行數據處理[1]。應用層位于三層的頂層，將服務器處理的數據通過App以及網站展現給用戶，讓用戶可以直接地看到想要的數據以及與前幾次對比所產生的差異。

2水質監測硬件設計

水質監測儀構想如圖所示，是由CC2530控制了整個水質監測儀，數據的采集主要是通過傳感器來完成，L9110S是用來控制電機的上浮下潛以及在水中游動，而SL1053是用于來管理太陽能，鋰電池用于存儲電量。

CC2530芯片對整個系統起著至關重要的作用，將傳感器收集的信息存儲和發送到服務器，并且接收從服務器傳來的信息，再將數據以指令的形式進行命令的傳達。

（一） 數據采集模塊

系統通過溫度傳感器、PH值傳感器、濁度傳感器、含氧量傳感器模塊來采集溫度、PH值、濁度、含氧量等信息。

1）溫度傳感器

采用PT100溫度傳感器，對水的溫度進行測量，PT100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的上升而迅速勻速的增長，鉑熱電阻具有精度高、穩點性好、性能可靠的特點，適用于長期進行水質的溫度的監測[2]。

2）PH值傳感器

采用PH值傳感器，對水中的氫離子濃度進行監測以及轉換成相應的可用輸出信號，整體是一種密封狀態，能夠很好的防水，而且使用壽命長，適用于長期進行水質的PH值的監測[3]。

3）濁度傳感器

采用TS濁度傳感器，對水的污濁度進行測量，判斷水的潔凈度，濁度是由水中的懸浮顆粒引起的，本傳感器采用散射光與透射光比值代替單純的散射光測量濁度，傳感器的準確度、可靠性提高，維護更加簡單，抗污性增強，適用于長期進行水質的濁度的監測[4]。

4）氧氣含量傳感器

氧氣含量傳感器，對水中的氧氣含有量進行監測，它是由一個銀陽極和金陰極組成，兩極之間存在著電勢差，氧氣在陽極下進行反映，通過半透膜向陰極擴散，根據流過兩級電流的大小就能測試水中氧氣濃度的比例關系，適用于進行氧氣的監測[5]。

（二） 數據傳輸模塊

數據輸出模塊主要由繼電器及光耦合器構成，設計中使用的是一種兩個接線端為輸入端，另外兩個接線端為輸出端，中間采用光耦合器實現輸入輸出電隔離的高性能固態繼電器，該繼電器具有功率小、高靈敏度、高可靠性等特點。在水質監測系統運行中，當控制器接收到用戶的指令后可以將數據返回到用戶手中，并且控制儀器進行游動。

（三） L9110S半導體處理器

如圖3所示，L9110S是控制和驅動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅動能力，具有較強的驅動能力控制水質監測儀的上浮下潛，以及四處游動。

（四） 線性鋰電池芯片SL1053

SL1053是高精度的線性鋰電池充電的芯片，SL1053可以通過檢測電池電壓來決定其充電的狀態：預充電、恒流充電、恒壓充電。均衡的管理鋰電池的充電模式和查看電量的剩余量。同時控制著太陽能的充電狀態，以及當充電結束后將自動發送完成指令給CC2530控制芯片。

3水質監測網絡設計

如圖4所示，網絡層是用戶與儀器之間進行交流的媒介，網絡層由LoRa數據傳輸芯片、互聯網以及服務器組成，水質監測儀通過多個LoRa節點進行連接以及數據的傳輸，可以直接將數據直接傳輸給LoRa數據接收終端，終端將數據通過互聯網傳輸到服務器，服務器對數據進行處理以及分析，通過互聯網將數據傳輸給用戶。

1）LoRa

LoRa是一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗的數據傳輸技術的芯片，其接收數據的靈敏度達到了-148dBm，與其他的芯片相比較得到了很大的提升，所以我們的水質監測系統中會采用到LoRa芯片，對池塘、水庫的監測有較大優勢，相比較其他的監測設備使用更加便捷，只需要進行一次布局就能長期的進行在線的監測數據，而不是取到每個區域進行水的采樣，然后在檢驗室來一一的監測數據，可以省去大量的人力物力以及財力，用戶操作起來會簡單，我們稱之為傻瓜式操作。LoRa數據接收終端將幾個個體的水質監測儀的數據進行統計，發送到服務器進行統一處理得到綜合的數據反饋以及位于不同區域水質之間的差異。

2）服務器

服務器主要是進行數據接收、處理、統計以及進行信息的推送。同時進行管理水質監測儀，監控各項指標是否正常，對用戶的信息進行管理等。

4水質監測儀應用設計

（一）軟件設計

軟件設計分為服務端和客戶端，服務器端主要是對用戶的信息進行管理，數據的分析。客戶端則是用戶查詢獲取信息，發送指令，位置的定位。

1）服務器端

服務器是信息管理的中心，服務器內儲存著用戶的信息，水質監測儀編號類型等信息，用戶使用反饋信息，水質監測儀監測的數據，服務器會將信息統計成曲線圖表的形式反饋給用戶，給予用戶最直接的觀察。

2）客戶端

客戶端可分為PC端和移動端，移動端更適合進行信息的修改，數據的查看。而移動端適合進行水質監測儀的操控，方便攜帶，隨時都能觀察數據的變化。

（1）PC端

PC端會有水質監測儀的介紹，用戶能根據自己的需求選擇水質監測項的指標，我們會根據用戶提供的信息進行私人定制，達到更精準的監測；用戶能對自己的水質監測儀進行地圖定位；用戶能修改自己的信息；用戶能通過圖表、曲線、矩狀圖的形式查看數據；用戶能根據自己的問題向我們反饋；

（2）移動端

移動端相比PC端攜帶方便，隨時隨地都能查看水質監測儀監測的數據，能夠綁定水質監測儀進行操控，能查看水質監測儀的電量，能信息的錄入，位置的定位。

（二）模型設計

水質監測儀整體外觀像一個蘑菇。上為蘑菇傘帽，下為蘑菇桿，這樣的設計有利于設備的上浮下潛以及設備在水中的平衡運行。最上層為太陽能電池板，對設備進行電量補給。中間是一個氣孔，它能夠吸收空氣到設備內部使設備變輕，從而方便設備的上浮。旁邊以及下面會設有傳感器，來監測數據。下面設有螺旋槳，一共設有四個，分別控制設備的上浮下潛和設備的游動。

5結語

本文提出了基于物聯網在線水質監測系統構想結合了互聯網，實現了互聯網+的創意，符合現在時代的發展，能夠很好的解決價格昂貴，操作復雜的水質檢測，運用了多種比較穩定的傳感器，保證了系統穩定性。主要適用于水庫，魚塘等，對人類的健康造成威脅的一切水源都能進行監測，給人們健康美好的生活環境。

參考文獻：

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1、我國水資源及水質環境管理概況

總所周知，我國淡水資源總量豐富，但由于人口和耕地面積基數大，人均和單位面積耕地占有水量相對卻很少。由于受到季風的影響以及水土資源組合的不平衡，我國的水資源在時間分布上不平衡，在空間分布上不平均。降水量的年內和年際變化較大，且呈現由東南沿海向西北內陸遞減趨勢。

隨著我國經濟的快速發展，水質環境污染問題日益突出。實現水質的實時連續監測和遠程控制，有利于相關管理人員及時掌握主要流域水體的水質狀況，預警預報重大流域性水質污染事故，解決跨行政區域的水污染事故糾紛，監督總量控制制度落實情況和排放達標情況。水質自動監測這一環境監測新技術受到國家的高度重視，并得以迅速發展。1999年，原國家環保總局為加強對重點流域省界斷面水質變化和 境污染物的監控，在長江、淮河、松花江、黃河及太湖流域的10個重點斷面試點建設國家地表水水質自動監測系統，標志著地表水水質自動監測在中國開始起步[1]。

目前，有100個水站分布在25個省（自治區、直轄市），位于河流上有83個水站，湖庫17個，目前還有36個水質自動站正在建設中[2]。浮標式水質在線監測系統在我國應用起步較晚，但由于其具有實時、原位、及時、全自動以及其投放快捷等諸多優點，在我國水質監測領域的應用越來越廣泛。

2、浮標式水質在線監測系統介紹

浮標式水質自動監測系統是一套以數據服務器為中心，以集成多參數模塊化傳感器、主機控制儀表、太陽能發供電、承載浮臺及其附屬設施的現場浮標式監測儀表設備為監測點，通過GPRS/3G無線網絡傳送監測數據的智能化水質在線實時監測系統。根據不同水域及不同監測需求，合理配置不同的傳感器可以監測不同的水質參數指標；如溫度、深度、鈉離子、溶解氧、 濁度、電導率、鹽度、氧化還原電位、pH、葉綠素、藍綠藻、若丹明、WT、氨氮、硝酸鹽、 氯化物、CDOM、水中油、環境光PAR等。新加坡三泰集團的浮標式水質在線監測系統實時監測系統包括以下三個主要部分：（1）前端數據監測站；（2）后端數據服務器系統――支持用戶實時訪問；（3）自動實時預警系統――以后端數據監測系統為基礎，當有異常信號時，及時迅速向用戶發出報警信息。

根據在新加坡十多年在線水質環境實時在線監測應用經驗分析，浮標式水質自動監測系統主要有以下特點。（1）實時：儀表實時監測，信號實時發送，數據實時處理，報告實時，信息實時查詢；（2）原位：目標水質原點監測、不同深度垂直檢測，水質參數真實反映；（3）及時：異常水質及時報警，異常預案及時部署；（4）全自動：監測儀表運行無人值守，信息數據處理無人操作，水質報告結果自動。

3、當前水質在線監測系統應用分析

我國水質監測方式主要有人工采用檢測方式，站房式自動在線監測方式以及浮標式自動在線監測方式。人工取樣檢測方式主要是靠人工去水源地采集水樣，然后帶回化驗室對水樣處理后進行化驗檢測，然后根據化驗檢測報告的數據進行匯總、分析，最后得出水質檢測結果并出去。站房式自動在線監測站，主要由采水單元、配水和預處理單元、監測儀器單元、數采和控制單元、數傳單元及輔助單元6個部分構成[3]，站房的監測設備監測數據通過其數傳單元無線傳輸給數據控制中心，完成水質在線自動監測數據的存儲、處理及信息的工作流程。

通過分析可知，人工取樣檢測的方式的弊端是顯而易見的。其一，取樣送樣的人工勞動強度大，更多的還需要需要借助船舶、汽車等交通工具來實現；其二，人為誤差大，水樣采集、化驗檢測、數據匯總分析以及分析數據的等環節需要相關專業人員執行，專業人員的素質以及技術水平的高低決定著水質檢測結果的準確性與可靠性，均會不可避免的出現或多或少的人為誤差；其三，實時性差，水樣采集、化驗檢測、數據匯總分析以及分析數據的等環節需要持續花費較長的時間，不能及時有效的反應實時的水質參數數據，不利于異常突發狀況的預防或治理部署。

站房式自動在線監測站在我國的現行水質在線自動監測領域應用較為普遍，相較于浮標式水質自動監測儀表，具有以下幾點不足：（1）系統復雜，占用場地多，維護量大；（2）參數單一，如COD、氨氮、PH、總磷等監測儀均需要配備采集、預處理、水樣分析、控制系統；（3）水樣采集及預處理過程中水質易受干擾；（4）易受環境影響（冰凍天氣）；（5）藥劑消耗、電能（空調及電控系統）消耗大；（6）建設成本高（監控站房及電能供應建設）。

以新加坡三泰集團的浮標式水質自動監測系統為例，典型的水質環境實時在線監測站主要包括水質傳感器和傳感器數據采集儀，以及其輔助系統如太陽能系統、智能控制系統、防雷防盜系統等，使得監測站精簡獨立，能夠方便大規模的布置在各個重要監測點。監測站在讀得數據后，立即通過GPRS/3G無線網絡把數據發送到中央伺服器。在中央伺服器里，數據在被讀取分析處理后到互聯網上去。通過這種方式，所有關于水質參數的信息都實時有效的傳達給新加坡公用事業管理局的相關管理部門，使得新加坡公用事業管理局擁有優質的水文信息平臺以及信息庫，可以針對性地做出合理的決策部署。

浮標式水質自動監測系統持續運行，通過監測數據的不斷積累，逐步完善建立水文數據信息庫，用于歷史數據的分析。更近一步的意義在于通過不斷豐富的數據信息庫，構建一套智能水文水質數據管理模型，總結歷史經驗規律，提前預測出水質變化趨勢和變化速度，為該水域的未來水資源管理戰略部署提供重要的信息支持。這些智能的數學模型，能幫助水資源的管理者宏觀預測該水域的水質變化。

4、浮標式水質在線監測系統在我國應用的前景展望

隨著無線數據傳輸技術的飛速發展以及互聯網的日益推廣，實時在線環境監測技術已經在不斷的實踐中越來越成熟。水質環境實時在線監測技術在國外應用較為廣泛且效果良好，我國水質自動在線監測領域應用起步較晚但發展迅速。隨著科技技術革新帶來的成本下降與效益提升，水質環境實時在線監測系統已經初具規模地投入到環境監測實際應用中來。相較于人工檢測方式，浮標式水質在線監測系統勞動強度小，完美地排除人為誤差，以及獨特的實時、原位、及時、全自動的特點優勢盡顯。相較于站房式自動在線監測站，浮標式水質在線監測設備無需籌建監測站房的大量投入資金。由于系統運行電耗極小，優良的太陽能發供電系統，避免了荒郊站點的電力系統建設及維護成本。浮標式水質在線監測設備的一站式設計方式，集傳感器檢測系統、智能數據控制系統、太陽能電源系統以及防雷防盜系統為一體，投放便捷，運行穩定，故障率低，維護工作量極低，完全實現水質在線監測系統的無人值守的全自動運行。由于整套系統運行無需試劑添加的監測原理，很好的克服了藥劑消耗成本以及其可能造成環境的二次污染。

從監測活動的投入與產出以及實際效果的綜合角度考慮，浮標式水質在線監測系統在我國水質在線監測領域，必將扮演重要角色，有著廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 中華人民共和國衛生部衛生法制與監督司.生活飲用水衛生規范[s].2001.

[2] 國家地表水水質自動監測系統介紹 http：//.cn/help.aspx.

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1 水質監測參數及監測儀器

水質自動監測系統由采樣系統、儲水單元、清洗系統、控制系統、數據通訊等部分組成。水樣由采樣泵抽出,水樣直接進入儲水單元,由輸送泵將水通過地板下的管道輸送到儀器后面的第二道過濾裝置(過濾蕊,即綜合分析儀)里。按不同儀器的要求,進入不同的過濾蕊里(每個儀器后都有一個過濾蕊),這樣通過過濾蕊符合儀器所用水樣要求的水,經軟管進入儀器,對五參數(濁度、溶解氧、pH值、電導率、溫度)、總磷、高錳酸鹽指數、氨氮、銅、鉛、鋅、鎘、汞、六價鉻、砷、揮發酚、苯胺17項參數進行監測。重金屬項目(銅、鉛、鋅、鎘、汞、六價鉻、砷)這7臺儀器在測量前先通過自身的蠕動泵將純凈水吸入反應室、測量室及各個管路進行清洗,以免造成數值不準,清洗后再將水樣吸入反應室進行反應,所用測量方法同實驗室。反應后,一導管將反應液吸入測量室,儀器自動推導出結果(全部工作過程大約需45-90min左右),反應結束后廢液自動通過專用流路流出并排出監測室,最后再次吸入純凈水對儀器進行清洗,等待下一次測量過程。揮發酚項目采用比利時進口設備,簡化水中揮發酚測定樣品的處理過程,減少毒性大的有機溶劑與操作者接觸利用酚類物質在酸性水溶液中溶解度很小的性質,通過調節水溶液的pH值,采用光程長30mm比色皿,用4-AAP直接分光光度法測定。其測定水中揮發酚的準確度、回收率符合生活飲用水衛生規范的要求,與國標法檢測結果相比對,相差無顯著性。4-氨基安替比林直接分光光度法測定水中揮發酚,檢出限完全滿足生活飲用水衛生標準要求,而且操作簡便快速,適用于日常檢測工作的需要。

2 數據傳輸與報警

整個采集程序主要通過自報方式完成數據的收集,由于線路及其它一些不可預測的原因,可能造成數據發送的不完整,這時就需要通過數據采集功能,完成對數據的收集。數據采集功能包括實時和歷史采集等采集方式。

為保證岳城水庫飲用水源地水質安全,水質測定設置為每2小時抽水測量分析一次。所有數據每30min通過GPS上傳到工控機的數據平臺中,實時顯示在顯示器上,并自動保存在文件夾中,便于隨時查看。數據平臺設置短信超標報警系統,一旦水站中任何數據超出預設數值,平臺就會自動向負責人發送短信,以便第一時間制定應急方案。

3 水質自動監測站設備的維護

岳城水庫水質自動監測站采用國產設備與進口設備相結合的方式,需要維護人員定期對系統和儀器進行維護,需分每日、周、月和季度檢查維護。每日系統維護內容為檢查管路是否滴漏,取水是否正常,各個泵體是否運轉正常,處理板上的反吹空氣壓力、進樣壓力、進樣流量、運行記錄是否正常,有無報警記錄;每周對空壓機進行排水;每月拆洗預處理板上的過濾蕊,各電器部件溫度及工作性能。儀器維護為每日檢查儀表讀數是否異常,儀表進樣是否正常,試劑引管是否在位;每周檢查蠕動泵是否泄露,試劑引管是否短缺;每月清潔儀表,檢查儀表內電磁閥工作性能,檢查蠕動泵運行性能;每季更換蠕動泵管,清洗測量池,標定儀表;所有項目均需填寫水質自動站運行維護表,此表不定期進行檢查,每年進行檔案封存。

4 水質自動監測站的優點及存在問題

岳城水庫水質自動監測站是邯鄲市首個在飲用水源地上建設的水質自動監測站,與常規水質監測相比,增加了重金屬項目和有機項目,避免了因取樣、運輸、放置時間較長而造成水樣發生物理化學變化,減少了相關分析的工作量。它的建成在提高站點水質信息采集的時效性,及時發現監測河段水污染事故等方面發揮作用,實現了遠程智能化控制,自動站工作狀態實時顯示的功能,為水環境管理、水資源利用等提供了決策依據。水質自動監測站也存在一些問題,與常規實驗室相比監測參數較少,目前只有17項,有機物和其它鹽類離子等沒有監測技術;由于路途遙遠,來回需要半天時間,不能及時對設備進行及時維護,只能采用定時維護。

5 結語

岳城水庫飲用水源地水質自動監測系統的建成運行彌補了邯鄲市水質在線監測工作監測項目單一的缺陷,此水站系統技術設備先進,數據傳輸準確、方便、可靠,實現了數據監測遠程監控和超標預警,可對水質進行全天候監測,能及時掌握水質變化情況,從而為各級政府和相關職能部門有效預防和控制突發性水污染事件提供及時準確的決策依據。

參考文獻:

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汽化冷卻系統是采用除鹽水汽化的方式冷卻冶金部件并吸收熱量，從而產生蒸汽的裝置，在原理上可視為一種特定鍋爐。

唐鋼第一鋼軋廠150噸轉爐汽化煙道每年都要更換活動煙罩、爐口段、移動段和末段，新煙道在大修更換后的第2個月就開始出現泄漏，直至下一年的設備大修。汽化煙道設備使用壽命低，成本消耗較大，同時造成蒸汽回收不穩定。煙道漏水直接影響轉爐冶煉安全，由于煙道漏水后在線維修工作環境惡劣、在線修補又很難達到連續使用要求，反復修補嚴重影響生產節奏。根據對國內外轉爐運行經驗的分析，水冷部件正常的壽命應在2年以上。

A.泄漏 B.爆管

C.堵塞 D.結垢

2、汽化冷卻系統水處理的意義

現代大型鋼鐵企業的運行經驗表明，水系統是連續、安全、高效鋼鐵生產的重要保障。水系統的良好運行，對于減少檢修頻度及費用，延長設備壽命，穩定高效生產，降低綜合生產成本、避免意外事故等方面，具有重要意義。

2.1 結垢的形成機理與危害

水中的鈣、鎂離子與碳酸根、磷酸根等結合生成難溶的小晶體，這些小晶體不斷碰撞并按一定的方向增長變成大晶體。水中的鈣、鎂鹽晶體及其不溶性微粒同時受到兩個力的作用，即與管壁上的水垢結合生成體積更大的垢的結晶力和水流的剪切力，當結晶力較大時便易使垢增長，當結晶力較小時（如加入阻垢劑后）或剪切力較大（如水流速較大的部位）時，垢無法增厚，水中的微粒只能以水渣的形式被水沖走。一旦結垢，將會導致鍋爐管壁溫度大幅度上升，如圖1所示。

A.清潔的內部傳熱面，T1為冷卻水溫度，T2為受熱面溫度；

B.結垢的表面，若想管壁溫度達到T2，則冷卻水溫度需由T1降至T0

C.若冷卻水溫度仍為T1，則表面結垢的管壁熱源側溫度由T2升高到T4，T3影響金屬結構。

圖2 汽化管道清潔表面與結構表面溫度對比

2.2 腐蝕的形成機理與危害

給水和低壓系統因溶氧存在而發生氧腐蝕。爐水中的游離氫氧化鈉過高或PH值過低，又含有較多中性鹽等情況下，會導致鍋爐金屬腐蝕，壁厚減薄。腐蝕產物又會導致沉積，產生沉積物下腐蝕。

為此，第一鋼軋廠在2012年通過對轉爐汽化冷卻系統進行設備改造的同時，又提出了一套汽化水質綜合處理方案。

3、汽化水質處理綜合方案

轉爐冶煉具有一定的周期性，約40分鐘冶煉一爐鋼，其中吹氧時間為14分鐘，吹氧時煙氣量、煙氣溫度均達到最高，其最高溫度可達1700℃，熱負荷明顯增大，停止吹煉時煙氣總量為零，熱負荷減小，管壁溫度隨之驟降，使受熱管產生周期性的熱交變應力，極易造成熱疲勞破壞。另外由于結垢、腐蝕、雜物等因素造成汽化冷卻水管堵塞，進一步降低冷卻效果，導致水管局部干燒，出現爆管。工藝條件惡劣變化會影響汽化系統的各種部件的使用壽命。而且，這種影響往往是突發性的。為此，第一鋼軋廠采取了汽化水質處理綜合方案，該水處理方案包括水質在線監測及控制自動化設備和投加水處理化學藥劑兩部分內容。可以為鍋爐提供最有效的保護。

3.1 水質在線監測及自動化控制設備

通過腐蝕應力監測系統可以探測鍋爐給水系統的腐蝕應力并作出實時響應，實現工作條件下的直接測量。此外，鍋爐水自動控制系統還采用熒光示蹤技術來防止鍋爐內結垢。

鍋爐給水系統腐蝕控制：腐蝕應力監測系統在鍋爐實際工作溫度和壓力條件下測量凈氧化還原電位，根據電位的變化作出響應，實時調節除氧劑或金屬鈍化劑的投加量，優化腐蝕控制，以保護鍋爐系統。因此，鍋爐技術能夠在實際的鍋爐給水工作溫度和壓力條件下測量并立即作出響應，以保證鍋爐系統的卓越性能。

鍋爐結垢和沉積控制：采用熒光儀結合最先進的爐內水處理劑控制鍋爐內結垢和沉積。該控制系統探測鍋爐系統的變化，確定正確的化學品加藥量，實時調節投加速率。

鍋爐水自動控制系統也可以幫助優化鍋爐排污控制。水質檢測系統與汽包連排閥門連鎖，通過電導率控制排污；系統濃縮倍數控制在5-8倍左右。同時根據水質檢測結果調整各段煙道排污頻率。總之，鍋爐控制系統可以提高熱效率，降低能耗，提高水的循環利用率，防止設備腐蝕和結垢。

3.2 水處理化學藥劑

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1水質自動監測系統

水質自動監測系統是通過實時的水質自動監測站，獲得連續的在線水質監測數據，通過現代化的數據采集系統將所監測水體的水質數據上傳至管理中心，實現管理中對自動監測站的遠程監控，更加真實的反應水體的水質，及時了解水質的變化規律。水質在線自動監測系統是將多種監測指標的分析儀表組合，從采樣、分析到記錄、整理數據、中心遙測組成的系統，并利用監控及分析軟件，實現水質的自動監測。水質自動監測系統的優點是：無需人工、運行穩定和維護方便。主要的水質監測指標有：流量、濃度、溶解氧和pH等參數。監測所得到數據可現場讀取或通過無線傳輸到監控中心。水質自動監測系統可以連續進行監測、得出實時數據并進行遠程控制，使有關部門可以及時掌握水質狀況，預防水質污染的事故，并在發生大型污染事故時掌握水質信息，進行突發事件的處理。

2水質自動監測系統的功能

2.1在線自動監測水質

自動監測系統可以監測水源地及飲用水的多種參數，主要包括：溶解氧、pH和濁度等。并可以對排污口和污水處理廠進行實時監測，監測其各項水質參數是否超標。

2.2預警預報水質

自動監測系統具有報警功能，接受現場設備的報警信息。報警功能可以通過聲音、圖像、表格等形式體現。還可以對現場監測信息準確反應，為環境監控提供準確的信息。如出現水質超標、儀器設備故障或供電故障時都會引發報警系統。

2.3信息和在線查詢水質

自動監測系統具有信息和在線查詢的功能，并可以顯示圖標并打印等，為環境管理和決策提供準確的數據支持。并可以保存長期的監測數據及運行數據，方便以后查詢和檢索。

3水質自動監測在水環境保護中的作用

3.1為水環境的治理提供依據傳統的監測方式對于水環境的監測通常是瞬時的，無法進行系統和長期的監測，因此，監測結果并不能很好反映出真實的狀況，也是水環境治理決策帶來不利影響。目前自動化水質監測設備進行大量的使用，為水質提供實時監測，保證監測數據的準確性，為水環境治理提供資料。

3.2提高了水質監測的工作效率

水樣采集、化驗和數據統計等工作是十分復雜的，通過應用水質自動監測系統就可以對水體進行自動監測，并記錄數據及時分析。對于監測人員的工作提供極大的幫助，降低管理人員的勞動強度，避免工作人員由于自身能力有限或不規范等人為原因造成的水質數據偏差，保證水質監測數據的準確性。在出現重大污染事故前有效預警，使工作人員可是及時采取措施，提升了水質監測的工作效率。

3.3降低水質監測的管理成本

目前所采用的水質自動監測儀器設備價格較高，但對于傳統的水質監測來說，綜合成本較低。傳統的水質監測中，對于人力的投入較大，其費用與自動水質監測儀器的購置費相差不多，因此水質監測的成本是降低了。

3.4提高水質采樣工作的安全性

水質監測前需要進行水質采樣，但通常水質采樣區域的地形較為復雜，在樣品采集時可以避免人工工作可能發生的安全是事故，使用自動水質監測可以得到更加準確的數據，使水質采樣更加安全。

4水質自動監測系統的應用

4.1地表水監測中的運用

對地表水進行水質自動監測，可以對地表水質實際監測和遠程控制，對重點斷面水體和流域水質情況實時監測，預報流域的水體污染事件，預防跨地區的水污染事件產生糾紛，把握總量控制情況。目前我國水質自動監測技術在地表水監測中應用較多，我國水質自動監測站近年來建設也取得一定的成績，環境保護部門在我國重要的河流、入海口、湖泊和水利項目中建設了許多水質自動監測站。

4.2水庫中的應用

水質自動監測系統在水庫中的應用，可以監測的指標有20余種。水庫水質監測中，采用西東監測系統，可以實現遠程實時調控，提高水環境的監測和監管能力，對于較為重要的水源地水質，可以及時掌握水質實時狀態，保證飲用水水源的安全，讓居民的飲用水健康。對水質可以實現數據遠程傳輸、監測和自動控制，可以隨時查詢水質信息，如發現水源地水質監測項目超出規定要求，系統會自動報警，并采取應急措施，對水質進行全程監管，保證飲用水安全。

4.3排污口污水水質

監測環保局在進行污水排放管理時通常存在很多的問題：一是工作人員少，檢查周期長，不能及時掌握各個企業的排污情況；二是排污費拖欠，排污單位繳費不及時。以上兩個問題可以通過在排污口進行流量和水質的自動監測來管理，自動監測系統可以對實時監測企業的污水排放情況，還可以對閥門進行遠程控制。自動監控系統能夠實時監測企業排放口的污水水質和水量。如果排污企業不按時繳納排污費，自動監測系統可以通過遠程控制電動閥門的開關，欠費即關閉排污閥門。此外，還可以在監測系統中設定COD限值，如果監測系統監測到污水COD超標，也可關閉閥門，停止排污企業污水排放。

5結論

水質在線自動監測系統以自動分析儀器為核心，運用現代化技術及分析軟件組成的綜合性在線自動監測體系。對主要流域重點斷面水質狀況進行掌握，需要實時水質自動監測，對水質進行連續監控和遠程控制，更好的對水體進行治理和監管。

參考文獻

[1]杜魁.我國水質自動監測技術現狀分析[J].知識經濟，2012(23).

[2]孫進.關于影響水質自動監測系統運行因素的探討[J].北方環境，2011(9).

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1 異常值的剔除

在管網在線監測系統對管網水質監測過程中，由于水質事件、儀表故障或監測系統傳輸中斷原因導致監測數據異常，這些非正常情況下的監測數據不能作為背景值的計算依據，應首先剔除。

由表1可以清楚的看到，經過三次篩選后，濁度和余氯標準偏差沒有太大變化，異常值已經基本剔除。當樣品容量n

2 背景值的計算和警告線的設定

2.1 數據呈正態分布

（1）計算出篩選后濁度和總氯值的算術平均值n和標準偏差Sn，計算變異系數。（見表2）計算背景值范圍的計算

根據表2，一倍和二倍標準偏差計算的背景值區間太小，而四倍、五倍和六倍標準偏差計算的背景值區間則太大，只有三倍標準偏差計算背景值區間最為合適。所以背景值的范圍為。

（2）警告線上下線設定

根據背景值范圍，以平均值加減3倍標準偏差n±3Sn分別作為警告線上下線。結果如下（見表3）。

當在線儀表檢測值超過警告線時，首先應排除儀表原因（即氣泡或儀表故障等原因）引起檢測值異常，應盡快采取措施，保證儀表測量值準確。如儀表測量值準確，則說明管網或出廠水出現異常，在水質指標還未超過《生活飲用水衛生標準》GB5749-2006的標準限值之前，就應引起注意，找出引起異常原因，則可以提前采取預防措施，避免水質進一步惡化導致水質超標，真正發揮在線儀表的預警作用。

2.2數據呈對數正態分布

（1）組分含量呈對數正態分布時，平均值為幾何平均值，

標準差為幾何標準差，首先計算lnXn的標準差，即 ，

然后取其反對數得到標準偏差Sn。變異系數為 。

（2）背景值的計算。背景值取值范圍為 。

（3）警告線的設定。根據背景值設定警告線，所以警告線上線應設定為XnS2n，警告線下線應該設定Xn/S2n。

2.3 數據呈偏態分布

數據呈偏態分布平均值為中位數Md，標準偏差為Sn，變異系數為CV=Sn/Md。背景值取值范圍為一定樣本概率下的百分位數區間。

2.4 數據低于檢測限值

數據低于檢測限值時，當檢出率E？叟80%時，取檢測下限的0.7倍參加背景值統計計算；當50%？燮E？燮80%時，取中位數表示平均值，當E？燮50%時，取檢測下限表示平均值[1]。

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水質監測是管理供水安全與排水情況的基礎。國外在城市污染源及江河流域的水質監測方面起步較早，美國在20世紀中葉就已建立自動水質監測系統，用以代替人工監測網絡的工作。到了20世紀70年代，英國、日本、荷蘭、德國等國都先后建立了水質污染連續監測系統。我國對水污染自動監測系統的研究始于20世紀80年代。我國從最初由人工對水質進行檢測分析，發展到用水質監測的專業儀器進行水質監測，到如今實現了水質自動監測，做到及時反饋分析和預警。如今的在線監測不僅有物理、化學在線監測技術，還有生物監測技術，水質監測技術的不斷發展，可保證水質監測的全面性和可靠性。相比傳統檢測手段存在監測周期長、監測點局限、數據采集速度慢等問題，采用物聯網監測水質更能高效地反映水質結果。

二、 物聯網在水質監測中的應用

通過水質監測物聯網，監管部門可以從客戶端清楚地看到各個監測點的水質情況。監測系統中還存在警報系統，一旦出現水質污染，系統將會將相關數據反饋給監管部門客戶端，監管就能及時做出控制管理，因此水質監測物聯網的應用在水質監管方面發揮了很大的作用。如今我國多個院校、科研機構、企業在水質監測方面采用物聯網技術成效突出，已在多個地區實施應用。

1.無錫太湖運用物聯網對太湖水環境質量進行監測

無錫太湖充分利用物聯網等新一代信息技術，對太湖水環境質量進行監測，感知節點的傳感器裝有360度攝像頭、6個精密探頭、集成光學感知芯片，對應6種水質指標，可以立體呈現水體情況，結合陸上屏控及環境衛星遙感，形成太湖水域“三位一體”監測體系。以感知為先，傳輸為基，計算為要，管理為本，構建環境與社會全向互聯的智慧型環保感知網絡，率先實現環境監測監控的現代化和智能化，率先實現環保物聯網技術的標準化和產業化。

2. 浙江富陽物聯網管控平臺在線監測水質

浙江富陽是浙江省率先建立農村生活污水智能管理監測的地區，將物聯網技術應用于污水管理方面，一旦水質不達標，系統將會自動將信息傳遞給技術人員的用戶端。富陽環保部門也能通過用戶端查看各個監測點的視頻和水質、水量等數據，一方面從視覺上觀察水質，另一方面從實時傳回的COD、BOD、氨氮、濁度、pH、總氮、總磷、金屬離子等監測項目的數據對水質做出評價。如今富春江富陽段水質穩定保持在Ⅱ類水標準以上，富陽12個地表水監測斷面及6個集中飲用水源地達標率為100%，全區境無劣Ⅴ類水。

3.浙大海濱研究院開展智慧水務

浙大研究院的“天津泰達智慧水務建設”在水環境的實時數據采集與可視化、大數據分析與優化決策、集群控制與智能調度等方面取得了豐碩成果，形成了世界領先的智慧水務技術產業模式。在管網模型和數據監控的地圖上，只需點擊管網上的任意一點，就能直觀地看到這個點的材質、管徑、壓力、流量等信息，實現快捷管理。

三、物聯網在水質監測應用方面存在的問題

1. 水質監測設備的局限性

物聯網水質監測的檢測設備主要依賴于國外進口的設備儀器，由于國內水質監測設備存在技術不成熟、性能穩定性不好、容易發生故障、檢測的準確性和靈敏度都不高等問題，致使外國檢測水質的儀器在國內更受歡迎。雖然國外監測設備質量存在優越性，但由于不同地區水質特點不同，一些設備在國內水質的監測方面也會存在誤差，不能因地制宜地應用到監測中。

2.監測規范不統一

物聯網檢測手段與傳統檢測手段存在差異。例如，采用傳統方法檢測水中COD時應先將取得的水搖勻，再進行檢測分析；但采用自動在線監測系統的檢測儀檢測的是將懸浮顆粒物過濾掉的水樣，兩組數據對應的水體性質存在本質上的差異，且在線監測技術發展更新得快，因此應對采用自動檢測手段監測出的水質標準規范及時更新。

3. 信息透明度不高

物聯網在水質監測的客戶端一般只是監管部門，而不熟悉該事物的群眾只能從新聞等渠道間接獲取信息，監管不能很好地展開，致使一些企業存在偷排污水的僥幸行為。因此，讓用戶獲取水質信息，開放大多數部分監測結果是有必要的，這有利于強化公眾的參與和社會監督意識，提高群眾對水質的信任度。

四、對策

為應對上述提出的幾點問題，提出以下幾點對策：第一，提高國內科研發展水平，加大研發力度，重點培養引進研究環境監測方面的高技術人才，開發出符合國內水質特點的技術設備；第二，相關部門要建立自動在線監測各檢測項目的標準，并隨著技術儀器的更新及時做出調整；第三，政府應將實時監測數據直接向社會公布，出現水質問題時，政府應及時對污染企業進行現場監督檢查并作出處罰，公布相應的處罰結果和處理后的水質信息，有助于全社會的監督管理，做到公開透明，也有助于政府各部門信息的共享和相應措施的實施。

將物聯網技術應用于水質監測為水環境監測提供了很好的發展方向，我國在利用物聯網技術監測水質方面的應用已經產生較好效應，但仍存在一些問題。物聯網在水質監測的應用是一個長期投入的^程，其對水質的改善也是潛移默化的，但效果也將是有目共睹的，加大物聯網在水環境方面的應用對優化水環境有極其深遠的意義。

參考文獻：

[1]張 玨.基于無線傳感器網絡的水質在線監測系統研究[D].重慶：重慶大學，2010.

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地表水水質在線自動監測系統是一套以在線自動分析儀器為核心,運用現代傳感器技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測體系。

一套完整的水質自動監測系統能連續、及時、準確地監測目標水域的水質及其變化狀況。中心控制室要想及時獲得遠程水質自動站的實時監測數據,采集歷史水質監測數據,并統計、處理監測數據,輸出報表,就需要水質自動監測系統中心站管理軟件通過合適的通訊網絡,對遠程水質自動監測站進行及時綜合的管理。

一、水質自動監測系統的構成

一般情況下,一套完整的水質自動監測系統由中心站和子站組成。子站由以下幾個子系統構成:采樣系統、預處理系統、水質分析儀器系統、子站控制系統、數據采集與傳輸子系統;中心站即是地表水水質在線自動監測中心站管理系統,它一般由中心軟件數據庫、數據采集程序、遠程數據傳輸設備和數據統計分析系統構成。

高效可靠的水質自動監測系統,須具備四個要素,即:(1)高質量的系統設備;(2)完備的系統設計;(3)嚴格的施工管理;(4)負責的運行管理。

二、通訊方式的比較

在水質自動監測系統中,中心站軟件需要通過通訊網絡實現對各子站的實時監視、遠程控制及數據傳輸。在建立水質自動監測系統,需要根據功能需要和實際條件選用合適的中心站遠程管理通訊方式。

(一)電話撥號

電話撥號通訊方式是目前使用比較廣泛也是比較多的一種遠程監控通訊方式。它是利用現有的有線電話網絡,利用工業調制解調器(MODEM)作為工具,分別在中心站和子站安裝電話線路和MODEM,通過軟件撥號程序,在中心站和子站間建立載波通訊,實現水質監測數據的遠程傳輸。這種通訊方式安裝簡便,建設費用低,只需要普通的電話線路就可以,通訊費用適中,同普通電話費用,通訊速率一般。缺點是在不易安裝電話線的河流、湖庫等地實現起來困難。

(二)衛星網絡

在中心站和子站處分別安裝衛星通訊設備,利用衛星中轉,建立子站和中心站的無線通訊網絡。這種通訊方式初期建設費用高,通訊費用也比較高,但是可靠性高,安全保密性好,通訊速率穩定,無地域限制。適宜建設長期水質監測網絡、安全保密要求高的情況,且不易安裝有線通訊網絡的子站現場。

(三)GSM網絡

主要是利用GSM網絡的短消息通訊功能,依托目前的中國移動和中國聯通GSM網絡,在中心站和子站分別安裝GSM MODEM,通過發送短消息實現水質監測數據的傳輸。該通訊方式安裝方便、配置靈活、無地域限制,適合在野外安裝,通訊費用低廉,并且可實現“隨時隨地”管理遠程水質自動站,如利用手機管理水質自動站等。但是該通訊方式數據傳輸量有限。

(四)GPRS網絡

依托中國移動的GSM網絡,在水質自動站現場安裝GRPS終端,將水質監測數據通過無線分組交換網傳輸到中心站,實現中心站與子站的無線快速通訊。該通訊方式安裝方便,基本無地域限制,適合在野外安裝,通訊費用不高,實時性好,可滿足要求無線且傳輸數據量大的需求,中心站端需要建立“數據中心”。

在實際建立水質監測系統過程中,需要根據實際情況選取合適的通訊方式,以滿足高效可靠的水質監測系統遠程管理的需要。

三、水質自動監測系統中心站軟件

實施水質自動監測,中心站軟件是一套必不可少的管理工具。要實現監測目標水質的實時連續監測和遠程監控,達到及時掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況、預警預報重大或流域性水質污染事故等目的,必須具備配套的、功能完備的管理軟件。

下面就以XHWS90水質自動監測系統中心站軟件為例,介紹如何實現地表水水質自動站的遠程管理。

(一)工作原理與組成

該軟件是基于Windows系列操作系統運行的,采用數據庫技術,集成了有線和無線通訊技術。用戶需要的水質歷史監測數據和水質自動站實時狀態數據都保存在遠程水質自動站(子站)計算機的L數據庫中,需要設置的監控命令數據也要寫入子站計算機的數據庫中。當需要采集歷史監測數據和實時狀態數據時,中心站軟件通過固定電話或無線短消息,將這些數據從遠程子站的數據庫中查詢提取出來,并傳輸到中心站計算機的數據中,進行統計計算,再利用數據庫操作技術存儲查詢,以表格或曲線的形式顯示在軟件界面,同時可以進行打印,并判定水質類別等。

軟件包括數據處理程序、中心站數據庫、子站短消息服務程序等部分組成。系統結構如圖2所示:

(二)軟件的功能及特點

該軟件具有如下主要功能:

1.數據采集。(1)支持固定電話撥號、GSM短消息、衛星通訊遠程多點采集和監控;(2)采集過程中實時顯示數據傳輸量的大小和通訊狀態;(3)具有自動采集功能,在軟件運行中可以按照預設的時間定時自動連接水質監測子站,完成歷史監測數據的采集;(4)自動記錄數據采集的日志;(5)不同的監測子站可以設置不同的監測項目和監控參數,采集的數據種類不同;(6)可以實時監控子站運行情況,遠程設置子站運行模式。

2.監測站點的維護。(1)樹型結構顯示所有監測站和分類關系;(2)系統可以存儲多個監測站,靈活設置監測點參數。

3.數據查詢和報表。(1)采用表格和曲線等多種方式顯示水質監測數據;(2)在同一圖形上可以瀏覽該監測點的多個不同監測項目的變化趨勢曲線;(3)可以打印各種瀏覽的數據,生成水質監測數據日報、周報表等,并可以根據實際需要,定置多種報表格式;(4)可將監測數據輸出成EXCEL或TXT格式文件,便于其它軟件的分析處理。

4.數據分析與處理。(1)將水質監測的原始數據整理為日報、周報均值;(2)同一時間段的不同監測點數據對比表格和曲線;(3)同一監測點在不同時間段的數據對比表格和曲線;(4)根據預先設置的地表水環境質量標準判斷水質類別。

軟件系統特點:(1)技術先進:采用先進的通訊技術GSM短消息傳送數據;(2)操作方便:界面友好直觀,結構清晰明了,提供在線幫助,操作提示信息齊全,快捷菜單的設置使操作更簡便、更輕松;(3)運行安全可靠:完善的系統安全性設計,系統通過運行日志可自動跟蹤、記錄所有操作,且基于現代大型數據庫上開發的,具有運行查詢速度快、數據長期保存、數據安全可靠等優點。

(二)GSM短消息通訊

該軟件一個重要的特點就是采用短消息實現中心站與子站的數據傳輸。SMS(Short Message Service)短信息服務是GSM(Global System for Mobile Communication)系統中提供的一種GSM終端之間,通過服務中心進行文本信息收發的應用服務。短消息服務作為GSM網絡的一種基本業務,已得到越來越多的系統運營商和系統開發商的重視,基于這種業務的各種應用也蓬勃發展起來。

由于GSM網絡在全國范圍內實現了聯網和漫游,具有網絡能力強的特點,用戶無需另外組網,在極大提高網絡覆蓋范圍的同時為用戶節省了昂貴建網費用和維護費用。利用這種傳輸媒體進行水質監測數據的傳輸,是實現水質自動監測系統遠程管理的有效手段。系統選用優質的短信息傳輸終端,并開發了一套短消息遠程數據采集軟件。中心站通過該模塊軟件,負責發送數據請求信息和遠程設置命令。同時,中心站軟件還可以根據預先設置的時間間隔自動采集遠程水質監測子站的歷史監測數據,實現隨時隨地的聯絡。

在水質自動監測子站的數據傳輸計算機上,系統也開發了相應的短信息服務程序,負責解釋處理中心站發送的請求信息和設置命令,操作子站數據庫,發送歷史數據短信息和實時數據短信息。

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1 水質自動監測系統的發展概述

水質在線自動監測系統是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專業分析軟件和通信網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測體系。

國內水質自動監測系統建設起步較晚。20世紀90年代末，水利、環保部門相繼在部分重要水系建立了水質自動監測系統。主要監測項目為常規五參數、高錳酸鹽指數、氨氮、總有機碳等，在飲用水源地水質監測系統增加了總磷、總氮、葉綠素、生物毒性等項目。近年來，水質自動監測技術在許多國家地表水監測中得到了廣泛的應用，我國的水質自動監測站（以下簡稱水站）的建設也取得了較大的進展，環境保護部已在我國重要河流的干支流、重要支流匯入口及河流入海口、重要湖庫湖體及環湖河流、國界河流及出入境河流、重大水利工程項目等斷面上建設了100個水質自動監測站，監控包括七大水系在內的63條河流，13座湖庫的水質狀況。

2自動監測系統的特點

與傳統的手工監測相比：

（1）水質自動監測儀具有最佳現場使用效果，可以對水質進行自動、連續監測，數據遠程自動傳輸，隨時可以查詢到所設站點的水質數據。這對于解決現行的水質監測周期長，勞動強度大，數據采集、傳輸速度慢等問題，具有深遠的社會效益和經濟效益。

（2）水質自動監測工作的開展，一改過去總在事后才能向有關部門提供水質信息的被動局面，實現了在水質發生惡化時，儀器自動報警或響應，對流域下游發出水質污染的預警預報，防患于未然，充分體現了水利部門水量水質綜合管理的優越性。

（3）水質自動監測系統促進水環境監測系統計算機聯網，改革環境質量和污染源報告的編報，加速全國水環境監測技術向統一化、標準化發展，實現水質信息的在線查詢、分析、計算、圖表顯示、打印等，隨時實現各單位之間水質信息的互訪共享，實現全流域水環境綜合評價，可迅速為領導決策提供科學依據。

3水質自動監測技術的應用領域

3.1水功能區污染物總量監控

計算污染物總量需要大量水質、水量數據。水質自動監測頻次高，產生的信息量大，在重要的控制斷面實現水質的自動監測，有利于實施水功能區管理、污染物排放總量控制，促進水資源管理工作的現代化。

3.2供水水源地水質監測

在水源地建設自動監測站，可對水源地的水質進行24小時不間斷監測，實現對自動監測站的遠程監控，一點發生異常，及時預警，為保障水源地供水安全提供有效的技術監督手段。

3.3預警預報重大水質污染事故

自動監測系統實時連續監測對突發水污染事故預防和應急監測具有明顯的優勢。通過自動監測系統的預警功能，可及時發現污染事故，分析自動監測數值變化趨勢，可判斷污染程度，對下游水質污染做出預警預報，防止污染事件的進一步擴大，減輕其危害有著重要意義。

3.4跨界河流的水質監測

在跨界河流敏感點建設自動監測站，實時監控水質變化狀況，與實驗室人工監測相結合提供客觀、準確、中立的水質監測數據。

4水質自動監測技術存在的問題與技術應用成果

4.1存在的問題

4.1.1投資規模較大，運行費用較高；監測儀器以進口為主，價格昂貴。運行維護成本高，儀器配件耗品價格昂貴。

4.1.2對操作、運行、維護人員的技術水平要求較高；

4.1.3系統本身運行不穩定；儀器的基線漂移、試劑的變化、供電系統的穩定性等多種因素，都會影響到水質自動監測系統的穩定性。

4.1.4系統監測數據與實驗室人工使用標準分析方法監測的成果有一定的差別。由于水質自動監測儀器設備受現場環境條件和自動化控制要求的影響，其監測數據的準確性不如實驗室經典化學分析方法，因此在使用之前，必須通過國家校準檢測方法的比對使用，驗證自動監測的準確性及可比性。

4.2建議

為了是水質自動監測系統能準確及時的監測數據，應做好以下幾個方面：

（1）專業技術人員的保證

要有能隨時解決發現的問題的專業技術人員，能保證自動監測系統的正常運行。

（2）質量保證與質量控制：日常采取的質量控制措施包括定期校準、質控樣檢查、比對實驗驗證、試劑有效性檢查及數據審核等方法，應嚴格按照《水質自動分析儀技術要求》（HJ/T96-104-2003）進行校準，保證數據的有效性。

4.3技術應用成果

隨著國家水質自動監測系統的運行，充分發揮了實時監視和預警功能。在跨界污染糾紛、污染事故預警、重點工程項目環境影響評估及保障公眾用水安全方面已經發揮了重要作用。

（1）2002年在浙江-江蘇的跨省污染糾紛處理過程中，自動站的連續監測數據在監督企業污染治理和防止超標排放方面發揮了重要作用。

長江干流重慶朱沱和宜昌南津關水質自動監測站在2003年5～6月三峽庫區蓄水期間，共取得庫區上下游2520個水質實時數據，為管理部門的決策提供了有力的依據。

（2）淮河干流淮南、蚌埠及盱眙站成功地全程監視了2001～2006年淮河干流大型污染團的遷移過程，為沿淮自來水廠及時調整處理工藝，保證飲水安全提供了依據，為環境管理及時提供了技術支持。

漢江武漢宗關自動監測站自建立以來，每年對漢江水華的預警監測都發揮了重要作用，及時通知武漢市主要飲用水處理廠提前做好處理，保障水廠出水達標。

（3）2007、2008、2009年太湖藍藻預警監測期間，太湖沙渚、西山和蘭山嘴水質自動監測站開展了加密監測，通過水質pH、溶解氧等藻類生長的水質特異性指標預測判斷水體的藻類生長狀況，為飲用水水質預警提供了大量實時數據，發揮了重要作用。

（4）2008年四川汶川特大地震發生后，中國環境監測總站立即通過水質自動監測系統遠程查看災區水質狀況，將災區7個水質自動監測站的監測頻次由原來的4小時一次調整為2小時一次，在第一時間分析了地震災區地震前后水質狀況，并將災區水質無明顯變化的情況及時向國務院抗震救災總指揮部上報，并編制《汶川大地震后相關國家水質自動監測站水質監測結果》，每天在互聯網上自動監測結果，為保障災區飲用水安全，穩定災區群眾發揮了重要作用。

（5）2008年北京奧運會期間，利用北京密云古北口自動站（密云水庫入口）、門頭溝沿河城自動站（官廳水庫出口）、天津果河橋自動站（于橋水庫入口）、沈陽大伙房水庫及上海青浦急水港自動站等國家水質自動監測站對城市的飲用水源實施嚴密監控，每日以《奧運城市地表水自動監測專報》形式上報環境保護部，為奧運期間飲水安全提供了技術保障。

結語

實施水質的自動監測，可以實現水質的實時連續監測和遠程監控，及時掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況，預警預報重大或流域性水質污染事故，解決跨行政區域的水污染事故糾紛，監督總量控制制度落實情況，保障飲用水源地的取水安全，為水資源保護監督管理和決策提供了有力的支持手段。

參考文獻

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污水COD在線監測的分類及工作原理污水COD的在線監測方法按采用氧化劑的不同可分為：重鉻酸鉀法（COD）、高錳酸鉀指數法、臭氧法、羥基自由基法等。根據工作原理的不同，可分為化學法、電化學法、光譜法和生物法四類。化學法基于外加氧化劑K2Cr2O7、KMnO4或O3與水中有機物發生化學反應;電化學法是利用電解產生Fe2+與剩余Cr6+反應（庫侖滴定）或電生羥基自由基直接氧化水中有機物。總體上講，COD在線自動監測儀的設計思路大體有兩種，一種是模擬傳統濕化學法的原理，將分析過程在線化，樣品必須先消解后測定，多數COD在線監測儀設計遵循這一思路;另一種則徹底摒棄樣品消解，采用全新的原理進行測定，例如利用電解產物直接與有機物反應、利用生物快速降解有機物或直接測定有機物的紫外吸收光譜等。后一思路是對傳統COD測定方法的突破。目前我國廣泛使用的污水COD的在線監測方法主要是分光光度法和電位滴定法兩種。綜合運用了流動注射技術、電化學技術、現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術、現代光機電技術，儀器一般包括進樣系統、反應系統、檢測系統、控制系統四部分。光度分析法污水COD在線監測儀的工作原理：載流液（含重鉻酸鉀的稀硫酸）由恒流泵輸送至反應管道中，基本裝置流動注射分析是基于把一定體積的液體樣本通過閥切入到一個運動著的由適當液體組成的連續載流中，當注入閥將水樣切入反應管道中后，試樣帶被載流液推進并在推進過程中漸漸擴散，樣品和試劑混合。在強酸溶液中，以銀鹽作催化劑，定量的重鉻酸鉀氧化水樣中的還原性物質，在一定的消解溫度下，加熱消解一定時間，六價鉻被水中還原性物質定量還原為三價鉻，在一定波長下，用分光光度計測定三價鉻的吸光度，通過吸光度與水樣COD的線性關系進行定量分析測定。進樣系統由輸液泵、定量館、電磁閥、管路、接口等組成，完成對水樣的采集、輸送、試劑混合、廢液排除及反應室清洗等功能;反應系統主要有加熱單元和反應室，完成水樣的消解和反應;監測系統包括單片機（或工控機）、時序控制和數據處理軟件、鍵盤和顯示屏等，完成對在線分析全過程的控制、數據采集與處理、現實、儲存及打印輸出。污水COD在線監測儀電位滴定法的工作原理是在強酸溶液中，以銀鹽作催化劑，鉬氨酸、硫酸鋁鉀作助催化劑，經恒溫密閉消解一定時間后，用硫酸亞鐵銨滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀，由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質量濃度。就其反應過程來看，氧化劑濃度、反應液的酸度、消解時間、消解溫度對測定結果影響較大。而消解時間、消解溫度、曲線的有效取值區間要視不同水質、消解反應難易程度及污染物濃度正常變化范圍而具體確定，測試方法較光度分析法復雜，需要消耗較多的化學試劑。

2.污水COD在線監測

作為連續在線運行的儀器，COD在線監測儀一般具有以下特點和功能：（1）具有不同采樣方式（等比例采樣、整點采樣、任意間隔時間采樣）或采樣接口;（2）具有時間設置功能，可按實際需要設定檢測頻次。（3）采用強氧化劑和高溫進行消解，可根據水質實際情況調節反應時間保證高效氧化;（4）分析周期短，實現真正意義上的實時在線監測，一般分析周期為15min-2h，短的僅2min～6min;（5）測定范圍廣，一般測試范圍為10-2000mg/L，最大可達100000mg/L;（6）自動化程度高，自動采樣、自動稀釋、自動測量、自動量程轉換、自動校標、自動清洗、溫飄時飄自動補償;（7）數據輸入，圖表打印，標準信號輸出接口，具有計算機監控功能，可以進行遠程通信;（8）狀態自檢和報警功能;（9）具有斷電保護，來電自動恢復，自動校準等功能;（10）試劑可反復使用，有的不需要化學試劑，無二次污染;（11）運行和維護費用低。

3.COD在線監測方法的應用方向

隨著我國工業化進程的推進，節約化大生產必然形成，污水的集中處理也必將是大勢所趨，對于市場化的城市污水處理廠，進行及時、準確的水質、水量監測是非常必要的。目前我國廣泛使用的分光光度法和電位滴定法在線監測儀，測試過程中要消耗大量的化學試劑，如濃硫酸、硫酸銀、重鉻酸鉀、硫酸汞、硫酸亞鐵銨、硫酸鋁鉀、鉬酸銨等，這些化學試劑的使用，一方面造成嚴重的二次污染;另一方面，由于濃硫酸、重鉻酸鉀溶液等強氧化劑容易使系統管道破損、儀器失靈，維護工作量大且復雜，運行與維護成本較高。臭氧氧化法和高溫催化法由于不產生二次污染，方法較為簡單，不消耗化學試劑，因而測試成本低廉，儀器維護簡單，是值得推薦的清潔測試方法，在國外使用較多，但由于該法不是國際標準方法，且進口儀器價格昂貴，因此推廣起來有一定困難。我們可以通過國產化，降低儀器的價格來實現臭氧氧化法和高溫催化法的廣泛應用。TOC反映水體中全部有機物的含量，于COD相比更能直接表示水體中有機污染物的總量，而且TOC的測定不消耗化學藥品，不產生二次污染，屬清潔監測技術，是未來實現污水中有機污染物含量在線監測的發展方向。但目前我國對廢水的考核指標是COD，對于固定種類的污水，TOC與COD的相關性問題需要解決，我們可以需要測定其與標準方法相關性，來解決非標準方法與現行管理制度不適應的問題。另外，COD在線監測系統可廣泛應用于采礦排污監控點、污水監測站、污水處理廠、自來水廠、地區水界點、水質分析室等。政府監測機構利益遠程監測中心數據庫管理系統與在線監測系統相連接，接收子站傳輸的信息和其他監測點源的監測信息，能夠有效監控和監督污染源排放點，減少乃至杜絕偷排現象，對推動我國水體污染物總量控制事業的發展將會有重要的意義。

4.結語

污水在線監測系統是集環境保護科學、在線監測、現代語音和數據通信、現代網絡和信息系統為一體的新技術在我國部分城市污水處理領域已有應用，到目前為止，國家已建立了長江、淮河等七大流域監測網絡，其中部分監測站實現了在線實時監視。根據國家計劃，我國還將在十大流域建立多個水質在線監測站。因此，污水COD在線監測系統將有很大的發展空間和前景。由于污水COD連續在線監測系統數據量大、測試頻率高，要求儀器實時、快速地提供準確的、大量的數據，這對測試方法提出了快速、簡單、無化學藥品消耗、等要求。目前廣泛使用的分光光度法和電位滴定法在線監測儀，由于存在嚴重的二次污染問題，應該逐漸被對環境友好的清潔監測儀器，如TOC在線監測儀、臭氧氧化法和高溫催化法COD在線監測儀所代替。同時，從工業現場連續在線監測來講，為確保穩定、可靠的運行，有兩點特別要注意：（1）解決好采樣的代表性、水樣預處理、反應器和檢測池的清潔問題;（2）堅持例行的日維護、周維護、月維護和年維護至關重要。COD在線監測儀運行中還應充分考慮排放口的水質、水量等情況，在現階段，以流量計和污水比例采樣器組成的COD在線監測子系統是一般排污口實行總量控制的優選方案。

參考文獻

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我國自改革開放以后，社會經濟發展迅速，但隨之而來的主要問題是環境污染，尤以水污染問題最為突出，對公眾生活方方面面都有嚴重影響，這給我國水資源保護及水質監測管理帶來巨大的挑戰。針對當前我國水質污染現狀，水質監測等部門對水質環境監測技術和儀器方面加以分析，以提升我國水質環境監測水平。

1水質環境自動監測系統的產生及發展

1.1水質環境自動監測系統的產生20世紀70年代初，日本、美國等國就開始研究自動在線監測系統，并將其首先應用于城市、污水處理廠等區域的在線監測。在實踐中總結出兩種在線監測技術，一種采用的是實時在線監測，另一種則是間歇式在線監測，兩種技術可以對水溫、電導率、氟化物、氟化物、濁度等進行測定。20世紀70年代末，T-N、COD、T-P等項目也被加入到測定內容當中。環境執法部門通過對遠程監控體系傳來的監測數據進行分析，做出對應的行政決策。這些年地表的水質環境隨著人們環保意識的提高得到極大的改善，某些經濟發展水平靠前的國家在城市環境管理中的自動監測體系中將市政污水排放系統也納入其監測范圍，甚至視其為重點管理項目。自動監測系統日趨成熟，但人們對監測數據的可靠度仍有質疑。針對這一問題，技術人員通過不斷的改進、研究發現，采用優化監測布點的方法有助于監測結果可靠性的提高。水土流失日益加重這一現象也是水樣監測作為在線監測系統的重點研究對象原因之一。新增的監測項目對自動監測系統的功能性提出了更高的要求，它要擁有自動校正、自動清洗、遠程傳輸及報警等多項功能。1.2自動監測系統成熟后COD監測體系的應用水質環境自動監測系統在幾十年的不斷發展中已經日趨成熟，世界各國也越來越重視有機污染物的監測工作，COD（錳法和鉻法）監測體系發展迅速。T-N和T-P是水質富營養化的兩大重要指標，因此針對這兩大指標的監測系統發展較早，相對而言，水溫、濁度、DO的監測系統發展則極為落后。COD監測體系可以采用很多方法，根據所用氧化劑劃分可以分為鉻法、錳法、紫外法、OH-法，其中紫外法不使用氧化劑；根據測量方法劃分可以分為光學法及庫倫法。由于鉻法、錳法中采用的氧化劑Cr6+、Mn均為有毒重金屬，因此在日本等國家中，COD法被光吸收UV法所取代，日本目前所持有的COD自動在線監測儀至少有3500臺，UV儀就有2500臺。1.3水質環境簡易現場監測技術和儀器的發展我國水資源遍布范圍廣，地理環境也很復雜，發生水環境污染事故的概率也較高，因此相對于自動在線監測技術，簡易現場監測技術的發展前景更廣闊。簡易現場監測技術的手段有很多，其中XPF（車載型X線熒光光譜儀）的使用情況較多，測量起來也更為方便，尤其對固體樣品的監測技術優勢更明顯，不用進行消解處理就能直接用于監測工作中。車載型GC的優勢在于對有機物污染的測定，很多經濟發展程度較高的國家都已經在使用這種監測方法，而該技術進入我國時期比較靠后，由于其所具備的強大優勢，在我國會有強大的市場發展前景。PASTELUV型水質快速監測儀在現在已有的便攜式監測儀器中，是最有推廣前景的一個。它可以在短短40s的時間里檢測出TOC、COD和BOD的含量，這種優勢既來源于它巧妙的設計原理，也與其高集成的中心處理器有很大關系。這個高集成的中心處理器能夠儲存的實測圖譜可達成千上萬個，最終測量值就是根據實測圖譜和標準方式的測定成果進行比對研究所得到的。由此，PASTELUV型水質快速監測儀既能夠憑借極大限度的減少監測所需時間來提升監測效率，又將繁復的前處理程序省略掉，還可以降低使用化學試劑造成的二次污染。

2監測技術和儀器的發展

2.1實驗室監測技術和儀器的發展第五次全國環境監測會議以后，實驗室監測技術和相關儀器都迎來了高速發展時期，各級監測站也引進了很多實驗室監測分析儀器，新引進的這些儀器既可以作為常規環境的監測儀器，又可以為實驗室的科研分析及精密分析服務。其中，使用較多的大型實驗分析儀器有HPLC-MC（液相色譜-質譜儀）、GS-MS（氣相色譜-質譜儀）、ICP-AES（等離子發射光譜儀）、XRF等。2.2監測技術和儀器的總體發展在北美及歐洲的水質環境監測管理中，應用最多的是混合毒性參數。水質環境管理要以預防為重點，這就要求將監測的重點放在環境水及排水中所含的污染物質對生態環境及人體健康的影響方面。而傳統的以單個化學物質為對象的測定方式及其把控政策具有以下缺點：（1）監測對象均為已知的化學污染物，而對很多未知的化學有毒物質缺乏監測，危險度評價結果參考度不足。（2）對污染物相互之間的增強及拮抗作用（又稱復合作用）缺乏考慮。（3）要想對更多的化學物質進行監測，經費和時間也會疊加增多。為了避免以上幾點的發生，則要先利用生物及化學的組合參數鎖定污染嚴重的化學物質，然后對發現的化學物質開展測定及研究工作。為了對水中的混合毒性參數進行監測，德國指出要對慢性毒性、變異原性、急性毒性、殘留性、生物濃縮性這幾個混合毒性參數進行監測。對水生生物采用的監測分析方法是變異原性試驗、急性毒性試驗和殘留物中的生物分解實驗等。內分泌干擾物這種化學物質可以進到人體內部，其對人體產生的類似于雌性激素的作用會對人體正常的激素分泌狀態產生破壞。內分泌干擾物會降低生物體的數量，生殖器官受這種物質的影響會發生異常，終會導致生物物種生殖能力的下降，這種危害性就是其作為對包括人類在內的所有生物危害程度最嚴重的因素的原因。當前發現并公布的內分泌干擾物有雙酚A、二惡英類、有機氯農藥、壬基酚、Hg等多達77種。傳統上對二惡英等POPs類有機污染物的監測分析法是GC-MS法，這種方法的缺點是要進行繁復的前處理，分析一組式樣往往要用2~3天才能完成，所需資金也比較多。而用生物傳感器就能簡單、迅速的對二惡英等污染物進行檢測。生物傳感器的研發原理是優良的分子識別功能和組合轉換功能，利用與待測物質能夠產生良好選擇性反應的生物分子進行監測，反應進行中，生物分子及其反應生成物濃度出現改變，借助轉換器將其轉化成可以測定的電信號，完成對待測物質的選擇性測定。這種方法不僅有操作簡單、時間短、資金投入少的優點，還能在檢測有毒物質時保證安全、高精度的檢測。這里可以采用的生物分子最常見的是抗體和酶。

3結束語

我國現階段在水質監測方面的技術和儀器還遠不能應對我國地域廣泛、水質環境復雜、水質污染因素多樣等特點，在技術上國家需要繼續加大投入加快創新步伐，儀器研發改進方面需要增加人力、物力的投入，為水質環境監測水平的不斷提高盡心盡力。

參考文獻