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【摘 要】 水质监测是水资源保护最重要的工作基础和技术支撑，准确、及时、可靠的水质监测数据是水资源保护依法行政的基础。水质监测要满足水资源保护监督管理的需要，必须加快现代化和自动化建设步伐，提高水质监测信息采集能力，所以建设水质自动监测站是一种趋势。本文对水质自动监测系统在水环境中的技术应用进行了探讨。
【关键词】 水质；自动监测系统；水环境；技术应用
一、水质自动监测系统概述
1、水质自动监测系统组成
水质自动监测系统一般由监测站房、水样采集单元、预处理单元、在线自动分析单元、系统控制单元和通信传输单元以及远程监控管理中心等组成。各组成部分都有其相应的建设要求和运行规范，各个单元间协同工作，既具独立功能同时又统一流程，任何环节出现问题都会影响整个系统的正常运行。见图1。
2、水质自动监测系统质量保证与
控制在日常监测过程中会因为多种原因导致系统运行不稳定，出现不正常状况，从而影响监测数据的准确性。如何对监测质量进行有效控制，以达到国家规定的标准要求，除了要定期对系统各部分进行检查维护外，还必须按要求运行各仪器自身的校准程序，进行标准溶液的核查以及实验室比对分析。地表水自动监测技术规范中测定误差计算公式为：
式中：xi―自动监测仪器测定值；xj―国家标准方法测定值。在系统各仪器状态良好，液路、电路正常情况下的标准溶液核查与实验室分析比对系统测量的相对误差结果可达到≤±5%，实验室分析比对试验结果误差可达到≤±10%，满足国家地表水自动监测技术规范±10%和±15%的误差要求。
二、水质自动监测系统在水环境中的技术应用
1、系统流程
水质自动监测系统在控制单元的自动控制下，以取水、水样预处理、配水、监测分析、数据采集和通信、自动留样、清洗为一个运行周期，实现水质自动监测的功能。系统平时处于待机状态，当控制系统判定监测时间到或收到远程启动指令时，PLC向取水单元发出指令，潜水泵开始工作，将水样输送到站房。水样到达站房后分为两路，一路直接进入多参数测量池，多参数水质分析仪直接实时测量水样，PLC待各项数值稳定后直接读取所测量的值；另一路水样分别经过旋转式固液分离器、样品沉淀处理箱、精密过滤装置的组合处理，进入样品杯。大约10min后，PLC读取样品杯水位信号，水泵停止工作，此时，样品杯中应存有足够分析的水样。接着，PLC向高锰酸盐指数分析仪、氨氮分析仪、总磷分析仪和TOC在线测定仪等仪器设备发出啟动指令，仪器开始进行化学分析。大约50min后，各仪器设备完成监测分析，PLC分别读取所测量的值，上位机再从PLC中读取测量值发送到监控中心并存储在本地，同时判断是否超标，若水样超标则启动自动留样装置存留水样。随后，PLC控制电磁阀、电动球阀进行排水，再启动清洗程序清洗管路。约10min后，清洗完成，系统进入待机状态。整个流程约耗时1.5h，流程如图2。
2、取水工艺
水质自动监测系统的取水方式主要有栈桥式取水、浮船（筒）式取水、竖井式取水、吊臂取水、多级平台式取水、自吸泵取水等几种，根据淮河流域建站地点的具体情况，河道水流不急，采水点与岸边的距离较远（距离大于50m，采水点深度不应低于2m），宜采用浮船（筒）式取水，同时维护也比较方便。浮船（筒）应装有防护网，船舱中安装的潜水泵宜采用隔栅保护，具备拦污能力。水泵与隔栅底部留有足够的距离，以保证枯水季不会碰触河床导致吸入河床底部的泥沙。
取水管路主要考虑防淤、防冻及防盗等问题。管路铺设应平滑并有一定的坡降，尽可能减少弯头数量，有利于清淤及扬水。在满足取水量和管路压力的前提下，选择适宜的管径，以32mm左右为宜，可使水样在管道内部对管壁形成一定的冲刷作用，有利于防淤和除藻。管路外包保温棉、加热带和护套管，并埋入冻土层以下并做管路排空设计，可有效解决冬季防冻问题，确保最低-30℃也能正常工作。由于水位变化必将有一段管路不能固定，因此管路应从水面最低水位液面下的泥土中进入水下，这样既可以做到防止管路被盗，也可以在一定程度上解决冬季防冻问题。取水管路及取水泵应采用互为备份的双泵双管方式，并采用手动阀进行流速调节，确保取水设施能够稳定工作、可靠运行。
3、水样预处理及配水工艺
水样取到站房后，先进行粗过滤，采用特制的旋转式固液分离器，将水样旋转沉淀，使砂粒下沉并顺势通过排水阀排出，取分离器顶部水样进入样品沉淀处理箱进行沉淀和细过滤。样品沉淀处理箱装有平板筛网过滤材料，能有效去除水样中的较小的颗粒物以及大量悬浮物，经过系统设定的时间进行沉淀后，提取箱体中上部分的水样输送到下一级精密过滤装置。精密过滤装置是水样处理的最后一个环节，其功能是进行水样的精密过滤，装置内部装有单级精密过滤网（1μm、5μm、10μm、25μm、50μm等级），能过滤泥沙、水锈、漂浮物、沉淀物、絮凝物等大颗粒杂质。通过精密过滤的水样采用低速蠕动泵输送到各样品杯里，为各个监测分析仪器提供待测水样进行测量。这样，水样通过旋转式固液分离器、样品沉淀处理箱和过滤精密装置组合处理后，既不会影响水质参数测定的准确性，又能满足仪表对水样的预处理要求。
配水管路主要是通过PLC控制电磁阀、电动球阀切换，实现水样分配。系统针对各个在线分析仪器相互独立的情况，综合考虑多种因素，采用了“主管路串连、各个仪器并联”的配水方式，整套配水主管路为串联结构，每台仪器的样品杯采用并联方式，统一从过滤装置中取水，任何仪器出现故障都不会影响其他仪器的工作。在进样管路的进口和出口处，均应安装压力传感器和自力式调节阀，使管道中的样品按预设的压力和流量进行分配，样品杯应装有液位计，防止水样溢流。配水管路接头均应采用活结连接，方便日后进行检查与维修。配水管路应做旁路设计，并在旁路上装有自动留样接口和人工取水接口，以便在水样超标时及时预留水样。每台仪器的样品杯都应设有旁路系统，当仪器需要维护时，可以打开旁路，不影响其他仪器的正常工作。
4、清洗和除藻方式
当监测分析过程结束后，系统应清洗所有管路，防止泥沙或藻类堵塞管路。清洗操作在控制系统的控制下启动，主要对站内管路、过滤装置及室外取水管路进行清洗。主要方式为使用空气压缩机，将空气和清水混合，实现高压气泡擦洗，可以将管壁附着的泥沙和藻类清除，通过压缩空气吹扫过滤装置的滤膜，以防止泥沙堵塞高精度滤膜。清洗所使用的清水可以为自来水、井水或者经过净化的河水。
在系统长期使用后，管路内必定会滋生藻类，因此需要增加一套加热除藻装置。系统可定期自动或手动打开除藻装置，在加热的清洗水流中通过加药泵自动加入对环境污染小的除藻剂（推荐使用次氯酸钠），通过PLC控制电磁阀的关闭和接通时间，控制加热除藻剂在取水管路中的浸泡时间，达到用化学方法及物理方法双重去除藻类，再采用空气将管路吹干，可有效地防止藻类滋生。
三、结束语
水质自动监测站在运行管理和质量控制上具有一定的难度，而且每个水质站的实际现场情况也不尽相同，但是水质自动监测具有实验室分析不可比拟的许多优点，它的发展势在必行。这就要求先行的监测部门多总结经验，探索研究，给正在建设或即将建设的水质自动监测站提供宝贵经验和借鉴，使他们少走弯路，从而加快我国水质自动监测技术的发展。
参考文献：
[1]赵宝吉.我国水质自动监测的发展与应用[J].黑龙江环境通报.2000.（3）
[2]孙南.水质自动监测系统运行过程中的质量保证和质量控制[J].环境监测管理与技术.2009.（1）
【关键词】 水质；自动监测系统；水环境；技术应用
一、水质自动监测系统概述
1、水质自动监测系统组成
水质自动监测系统一般由监测站房、水样采集单元、预处理单元、在线自动分析单元、系统控制单元和通信传输单元以及远程监控管理中心等组成。各组成部分都有其相应的建设要求和运行规范，各个单元间协同工作，既具独立功能同时又统一流程，任何环节出现问题都会影响整个系统的正常运行。见图1。
2、水质自动监测系统质量保证与
控制在日常监测过程中会因为多种原因导致系统运行不稳定，出现不正常状况，从而影响监测数据的准确性。如何对监测质量进行有效控制，以达到国家规定的标准要求，除了要定期对系统各部分进行检查维护外，还必须按要求运行各仪器自身的校准程序，进行标准溶液的核查以及实验室比对分析。地表水自动监测技术规范中测定误差计算公式为：
式中：xi―自动监测仪器测定值；xj―国家标准方法测定值。在系统各仪器状态良好，液路、电路正常情况下的标准溶液核查与实验室分析比对系统测量的相对误差结果可达到≤±5%，实验室分析比对试验结果误差可达到≤±10%，满足国家地表水自动监测技术规范±10%和±15%的误差要求。
二、水质自动监测系统在水环境中的技术应用
1、系统流程
水质自动监测系统在控制单元的自动控制下，以取水、水样预处理、配水、监测分析、数据采集和通信、自动留样、清洗为一个运行周期，实现水质自动监测的功能。系统平时处于待机状态，当控制系统判定监测时间到或收到远程启动指令时，PLC向取水单元发出指令，潜水泵开始工作，将水样输送到站房。水样到达站房后分为两路，一路直接进入多参数测量池，多参数水质分析仪直接实时测量水样，PLC待各项数值稳定后直接读取所测量的值；另一路水样分别经过旋转式固液分离器、样品沉淀处理箱、精密过滤装置的组合处理，进入样品杯。大约10min后，PLC读取样品杯水位信号，水泵停止工作，此时，样品杯中应存有足够分析的水样。接着，PLC向高锰酸盐指数分析仪、氨氮分析仪、总磷分析仪和TOC在线测定仪等仪器设备发出啟动指令，仪器开始进行化学分析。大约50min后，各仪器设备完成监测分析，PLC分别读取所测量的值，上位机再从PLC中读取测量值发送到监控中心并存储在本地，同时判断是否超标，若水样超标则启动自动留样装置存留水样。随后，PLC控制电磁阀、电动球阀进行排水，再启动清洗程序清洗管路。约10min后，清洗完成，系统进入待机状态。整个流程约耗时1.5h，流程如图2。
2、取水工艺
水质自动监测系统的取水方式主要有栈桥式取水、浮船（筒）式取水、竖井式取水、吊臂取水、多级平台式取水、自吸泵取水等几种，根据淮河流域建站地点的具体情况，河道水流不急，采水点与岸边的距离较远（距离大于50m，采水点深度不应低于2m），宜采用浮船（筒）式取水，同时维护也比较方便。浮船（筒）应装有防护网，船舱中安装的潜水泵宜采用隔栅保护，具备拦污能力。水泵与隔栅底部留有足够的距离，以保证枯水季不会碰触河床导致吸入河床底部的泥沙。
取水管路主要考虑防淤、防冻及防盗等问题。管路铺设应平滑并有一定的坡降，尽可能减少弯头数量，有利于清淤及扬水。在满足取水量和管路压力的前提下，选择适宜的管径，以32mm左右为宜，可使水样在管道内部对管壁形成一定的冲刷作用，有利于防淤和除藻。管路外包保温棉、加热带和护套管，并埋入冻土层以下并做管路排空设计，可有效解决冬季防冻问题，确保最低-30℃也能正常工作。由于水位变化必将有一段管路不能固定，因此管路应从水面最低水位液面下的泥土中进入水下，这样既可以做到防止管路被盗，也可以在一定程度上解决冬季防冻问题。取水管路及取水泵应采用互为备份的双泵双管方式，并采用手动阀进行流速调节，确保取水设施能够稳定工作、可靠运行。
3、水样预处理及配水工艺
水样取到站房后，先进行粗过滤，采用特制的旋转式固液分离器，将水样旋转沉淀，使砂粒下沉并顺势通过排水阀排出，取分离器顶部水样进入样品沉淀处理箱进行沉淀和细过滤。样品沉淀处理箱装有平板筛网过滤材料，能有效去除水样中的较小的颗粒物以及大量悬浮物，经过系统设定的时间进行沉淀后，提取箱体中上部分的水样输送到下一级精密过滤装置。精密过滤装置是水样处理的最后一个环节，其功能是进行水样的精密过滤，装置内部装有单级精密过滤网（1μm、5μm、10μm、25μm、50μm等级），能过滤泥沙、水锈、漂浮物、沉淀物、絮凝物等大颗粒杂质。通过精密过滤的水样采用低速蠕动泵输送到各样品杯里，为各个监测分析仪器提供待测水样进行测量。这样，水样通过旋转式固液分离器、样品沉淀处理箱和过滤精密装置组合处理后，既不会影响水质参数测定的准确性，又能满足仪表对水样的预处理要求。
配水管路主要是通过PLC控制电磁阀、电动球阀切换，实现水样分配。系统针对各个在线分析仪器相互独立的情况，综合考虑多种因素，采用了“主管路串连、各个仪器并联”的配水方式，整套配水主管路为串联结构，每台仪器的样品杯采用并联方式，统一从过滤装置中取水，任何仪器出现故障都不会影响其他仪器的工作。在进样管路的进口和出口处，均应安装压力传感器和自力式调节阀，使管道中的样品按预设的压力和流量进行分配，样品杯应装有液位计，防止水样溢流。配水管路接头均应采用活结连接，方便日后进行检查与维修。配水管路应做旁路设计，并在旁路上装有自动留样接口和人工取水接口，以便在水样超标时及时预留水样。每台仪器的样品杯都应设有旁路系统，当仪器需要维护时，可以打开旁路，不影响其他仪器的正常工作。
4、清洗和除藻方式
当监测分析过程结束后，系统应清洗所有管路，防止泥沙或藻类堵塞管路。清洗操作在控制系统的控制下启动，主要对站内管路、过滤装置及室外取水管路进行清洗。主要方式为使用空气压缩机，将空气和清水混合，实现高压气泡擦洗，可以将管壁附着的泥沙和藻类清除，通过压缩空气吹扫过滤装置的滤膜，以防止泥沙堵塞高精度滤膜。清洗所使用的清水可以为自来水、井水或者经过净化的河水。
在系统长期使用后，管路内必定会滋生藻类，因此需要增加一套加热除藻装置。系统可定期自动或手动打开除藻装置，在加热的清洗水流中通过加药泵自动加入对环境污染小的除藻剂（推荐使用次氯酸钠），通过PLC控制电磁阀的关闭和接通时间，控制加热除藻剂在取水管路中的浸泡时间，达到用化学方法及物理方法双重去除藻类，再采用空气将管路吹干，可有效地防止藻类滋生。
三、结束语
水质自动监测站在运行管理和质量控制上具有一定的难度，而且每个水质站的实际现场情况也不尽相同，但是水质自动监测具有实验室分析不可比拟的许多优点，它的发展势在必行。这就要求先行的监测部门多总结经验，探索研究，给正在建设或即将建设的水质自动监测站提供宝贵经验和借鉴，使他们少走弯路，从而加快我国水质自动监测技术的发展。
参考文献：
[1]赵宝吉.我国水质自动监测的发展与应用[J].黑龙江环境通报.2000.（3）
[2]孙南.水质自动监测系统运行过程中的质量保证和质量控制[J].环境监测管理与技术.2009.（1）