水质自动监测系统介绍.doc

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第三章水质监测基础知识第六节水质自动监测 6.1水质自动监测系统基本介绍 6.1.1概念水质在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统，可统计、处理监测数据；打印输出日、周、月、季、年平均数据以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表（棒状图、曲线图多轨迹图、对比图等），并可输入中心数据库或上网。收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料、环境资料以备检索。系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；自动运行、停电保护、来电自动回复功能；远程故障诊断，便于理性维修和应急故障处理等功能。实施水质自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。自动监测系统可以分为两大类：地表水质自动在线监测系统和污染源水质自动监测系统。 6.1.2自动监测系统基本功能要求 ①仪器基本参数和监测数据的贮存、断电保护和自动恢复这点目前能满足吗？。编者修改备注：目前这点能够满足，没有问题。 ②时间设置功能、设定监测频次。 ③自动清洗。 ④自动校对、手动校对。 ⑤监测数据的输出。 ⑥仪器和系统故障的自动报警。 ⑦环境安全。 6.1.3常见自动监测系统监测项目方法及性能指标要求表1 常见自动监测系统监测项目方法综合指标监测项目监测方法单项污染物浓度监测项目监测方法水温热敏电阻或铂金电阻法氟离子氟离子电极法浊度表面光散射法氯离子氯离子电极法 PH值玻璃电极法氰离子氰离子电极法电导率电导电极法氨氮氨离子电极法化学需氧量湿化学法或流动池紫外线吸收光度法铬湿化学法或自动比色法总有机碳气相色谱法或非色散红外线吸收法酚湿化学自动比色法或紫外线吸收光度法表2常见自动监测系统监测项目性能指标要求仪器名称响应时间 /min 零点漂移量程漂移重复性误差实际水样比对 pH水质在线自动分析仪 0.5min ±0.1pH ±0.1pH ±0.5pH 水温 ±0.5℃ 总有机碳（TOC）水质在线自动分析仪参照仪器说明书 ±5％ ±5％ ±5％按CODCr实际水样比对试验相对误差要求考核化学需氧量（CODCr）水质在线自动监测仪 - ±5mg/L ±10％ ±10％ ±10％以接近于实际水样的低浓度质控样替代实际水样进行试验（CODCr＜30mg/L） ±30％（30mg/L≤CODCr＜60mg/L） ±20％（60mg/L≤CODCr＜100mg/L） ±15％（CODCr≥100mg/L）总磷水质在线自动分析仪参照仪器说明书 ±5％ ±10％ ±10％ ±15％紫外（UV）吸收水质在线自动监测仪参照仪器说明书 ±2％ ±4％ ±4％按CODCr实际水样比对试验相对误差要求考核氨氮水质在线自动分析仪电极法 5min内 ±5％ ±5％ ±5％ ±15％光度法参照仪器说明书 ±5％ ±10％ ±10％ ±15％ 6.2水质自动系统 6.2.1地表水水质自动监测系统浮标式自动在线监测系统是否要介绍？编者修改备注：浮标式自动站目前在我省一共只有10个左右，大部分地方是没有浮标站的。浮标站的作用个人的理解是这样的：一般是放在饮用水源地的核心位置，比方说水库中间，这些位置因为环境特殊，难以建立永久性的水质自动监测站房（比如说湖库中心点），因此需要用到24小时在线的浮标来进行水质监测。而一般有浮标站的点，在其附近都会建设有固定式的水质自动监测站房，因为浮标站虽然不受地理环境约束，但往往项目不全面，大部分项目还是需要固定式的永久性的站房才能分析，浮标站虽然称之为“站”，但实际上仅仅是一个浮标而已，我个人偏向于将浮标站理解为附近的固定站的一个“附属设施”，举个例子，丽水黄村水库站，在水库边建设有固定的永久站房，在湖库中心有一个浮标站，虽然在概念上称之为两个站，但其实应该是两套系统共同为一个目的工作，可以说是固定站的一个补充。所以一是浮标站在我省并不多，大部分地方都没有，缺乏共性；二是浮标站应该说是自动站的一个组成部分，基于以上原因，我没有详细介绍浮标站。地表水质自动在线监测系统主要由如下几部分组成：（1）采水单元包括水泵、管路、供电及安装结构部分。（2）配水单元包括水样预处理装置、自动清洗装置及辅助部分。配水单元直接向监测仪器供水，具有在线除泥沙和在线过滤，手动和自动管道反冲洗和除藻装置；其水质、水压和水量应满足自动监测仪器的需要。（3）分析单元由一系列水质自动分析和测量仪器组成，我省已建立的自动监测系统的主要分析因子包括水温、PH、溶解氧、电导率、浊度、氨氮、高锰酸盐指数、总有机碳、总磷、总氮、硝酸盐、金属离子、叶绿素、藻类、有机物、生物毒性等。此外，分析单元还包括水位计、流量/流速/流向计及自动采样器等组成。（4）控制单位包括系统控制机柜和系统控制软件；数据采集、处理与存储及基站各单元的控制和状态的监控；有线通讯（ADSL）和无线通讯（GSM、GPRS和CDMA）设备。（5）子站站房及配套设施包括站房主体和配套设施。 6.2.2污水在线自动监测系统适用于工业企业车间废水或者总排口的具有自动采集、自动分析、自动数据传输等功能的实时在线的废水自动监测系统。国家总量控制项目为COD、石油类、氰化物、砷、汞、六价铬、铅和镉。其他项目根据环境管理的需要和工业企业生产工艺的不同，可增加氨氮、总氮和总磷。相关指标有PH、水温、浊度、电导率以及污水流量测量等。 6.3日常操作及维护目前，我省交接断面地表水水质自动监测系统的自动分析仪器主要有氨氮在线自动监测仪、高锰酸盐指数自动分析仪、五参数自动监测仪等，下面重点介绍氨氮和五参数仪器的日常维护和管理：应以高锰酸盐指数、总磷、总氮自动分析仪为重点。编者修改备注：我在编写的过程中，也考虑过您提出的这个问题。但因为如下理由我只重点介绍氨氮和五参数： 1.我们浙江省水质在线自动监测系统分为地表水交接断面和饮用水源地两大块。其中交接断面建设运行时间比较久，也比较成熟，稳定，分为两期建设，第一期为2005年建设，第二期为2006年建设，距今运行已有7-8年时间。而第一期和第二期，虽然基本项目是一样的，但是其中的仪器设备却是不同厂家的，第一期氨氮和五参数是德国WTW公司的，高锰酸盐指数是日本DKK公司的；第二期氨氮是德国WTW公司的，五参数是美国哈希公司的，高锰酸盐指数是科泽公司的，一、二期的集成控制、电脑工控机等等全是北京尚洋公司的，也就是说，一二期相同的项目相同的公司是氨氮WTW公司、集成北京尚洋公司，所以我在文中介绍了氨氮这台仪器，另外五参数尽管仪器厂家不同，但因为原理简单（就四根电极），平时除了做一些功能性校对之外一般不怎么需要维护，所以我也在文中介绍了下。但是对于高锰酸盐指数仪器来说，两种设备生产厂家不同，里面配件不同，需要定期维护的项目也不同，甚至需要配制的试剂浓度也不同，很难在有限的篇幅里一一介绍，若真要介绍的话，必须对两台仪器按照生产厂家不同来分别介绍，这样的话，难免把篇幅拉长，难免显得臃肿累赘，且使读者容易混淆其中的内容。 2.我了解到此教材的受用对象为普通环境监测人员，讲述的内容也是一些基础性的，有一定共性的知识，水质自动监测只是其中一个章节，所以我在文中，很多都是一些常规性的介绍为主，力求简单明了，使一线监测人员对水质自动监测有一个直观、明了的了解。因此关于自动监测的一些比较深入的内容，我都避免写入。 3.对于您说的总磷总氮仪器是这样的：浙江的地表水交接断面水站，很少有这两个项目，只有在市和市交接的断面自动站，才有配备这两个项目的分析仪器，比如说金华市和丽水市的交接断面为丽水缙云的白竹站，拥有总磷总氮，而大部分的县与县的交接断面自动站是没有总磷总氮的，因此这两台仪器设备对于大部分读者来说，也是缺乏共性，因此我也省略，没有详细介绍。 4.除了地表水交接断面之外，浙江省的饮用水源地水质自动监测站，所配备的项目因子更多：地表水交接断面除了市级断面外，只有7个因子（水温、PH、浊度、溶解氧、电导率、氨氮、高锰酸盐指数），而饮用水源地自动站，则根据每个选点的不同，配置也不尽相同，但总体项目比地表水交接断面自动站多，比如说丽水玉溪水库站，除了常规7个参数外，还有生物毒性、有机物、重金属、叶绿素、藻类等等。一是要把这么多的项目全部一一叙述比较困难，要真叙述了，那可得单独编一本书了；二是各地饮用水源地项目不全是一样的，缺乏共性；三是饮用水源地建设并投入使用才2年时间，很多问题没有暴露和发现，整套设备相对来说，没有地表水交接断面自动站那么成熟，缺乏一定的运维经验。基于以上原因，我没有详细介绍饮用水源地自动站，只是一笔带过。 5.介于以上原因，在有关仪器设备的段落，我只选取了其中有代表性的，并且有着共性的两台仪器：氨氮和五参数来进行简单的论述。 6.3.1氨氮在线自动监测仪： ①工作人员要定期检查仪器的运行情况，半个月检查1次管路有无泄漏，1个月检查1次管路有无固体沉积物及藻类的积累，保证管路没有堵塞现象。 ②定期检查试剂、清洗液及标准液的液位，至少半个月补充1次试剂、清洗液及标准液，1个月彻底洗刷试剂桶1次。 ③定期检查泵管的情况，一般1个月挪动1次夹管阀处硅胶管的位置，2个月挪动1次泵管的位置，4个月更换1次仪器全部管路及连接管路的两通、三通接头。 ④定期检查气透膜，一般半个月检查1次气透膜上是否有气泡或气透膜是否被玷污．1个月更换1次气透膜及内充液。 ⑤视被测水质的情况，定期检查电极的性能，1年更换1次电极。 ⑥当仪器长期停机时，将电极的内充液弃去，用无氨水将内电极和电极外套管洗净并用滤纸擦干，组装好放在电极包装中小心存放。具体维护项目见表3。表3 氨氮在线自动监测仪日常维护项目序号项目维护周期备注 1 更换电极 1年应以180天为准，可适当延迟至1年编者修改备注：氨氮电极寿命（其实不单是氨氮电极，所有仪器设备电极都一样）受当地水质影响比较大，比方说丽水的水质较好，加上勤于维护保养，往往一根电极可以使用2年以上，但据我了解，在杭嘉湖地区，同样的电极，往往半年到一年就没用了，其实仪器设备的寿命和具体维护保养、水质等关系很大，保养得好久能用得久，我这里维护周期取“1年”，是我折中的一个估值，仅供参考，若按照您所说的“以180天为准”，也是可以的 2 补充溶液 — 根据实际情况及时补充 3 检查电极内充液和电极膜状态 2周更换电极膜后必须补内充液 4 移动夹管阀处软管 3周 5 检查管路情况 2周 6 泵管移位 6个月 7 更换泵管 12个月 8 清洗滤芯（采水单元） 2周拆下滤芯进行超声波清洗，清洗时水温为40～50℃ 9 更换电路板 2～3年理由是什么？编者修改备注：电路板是仪器较为核心的部件，这里指的“2-3年”周期，是参考仪器的使用说明书和省里的仪器操作规程，也就是说，当运行了2-3年之后，电路板有老化失效的风险，但不一定是非换不可的，要是一切正常当然可以选择不换，这里只是说明一种可能性，就好比汽车发动机的火花塞，2-3年后可能存在损坏的风险，但并不绝对我省地表水交接断面水质自动监测站的氨氮自动监测仪大部分为WTW公司生产，下表5为WTW氨氮常见故障及排除：表5 常见故障及排除屏幕显示原因措施 Reagent clogged（试剂阻塞）无法传送试剂，在连接导管内呈反向压力首先检查导管是否有被纽绞或者被其他物体压住；如果这样还不行，请更换连接导管 Sample missing（无法找到样品）没有进样，TresCon吸入空气请检查进样是否泄露。检查前端连接的过滤器以及稀释设备 Outlet clogged（排放阻塞）蠕动泵无法将系统中的样品及化学品抽出，排放口处压力过大首先检查导管是否有被纽绞或者被其他物体压住；如果这样还不行，请更换连接导管 Calibration defective（校正失败）无法得到稳定的测试值（无法满足Autoread规范）更换薄膜或者补充电解液标准液A的电位大于标准液B的电位值请检查瓶子是否连接正确（颜色配套）。连接其他的标准液试试。电极上的电压值超出量程更换电极/膜头电极斜率超出其许可范围更换电极/膜头参考电极电压值U0超出量程更换电极/膜头 Displacing the pump tubings(移动硅胶管) 导管已老化启动移动硅胶管的维护保养程序（时间间隔为30天） Replace pump tubings(更换硅胶管) 导管已老化启动更换硅胶管的维护保养程序（时间间隔为180天） Replace T-plece（更换T型件） T型件已不能再用了启动更换T型件ude维护保养程序（时间间隔为30天） 6.3.2五参数在线监测仪日常维护五参数在线监测仪日常维护项目见表4。表4 五参数在线监测仪日常维护项目序号项目维护周期备注 1 更换电极 1～2年视应用环境可适当调整 2 检查电极 pH电极 1月清洗、浸泡电极电导率电极 1月清洗，（视准确度要求）校准 DO电极 2～3月更换膜和电解液或进行再生处理，校准温度电极（我省目前有单独的吗？不是与pH电极合在一起吗？）编者修改说明：确实PH电极和温度电极是集成为同一根电极的，但归根结底我们的五参数是五个参数，所以我这里把温度电极单独列出来而已，只是在格式上体现出有五个参数，我们看到的是四根电极，但实际上是五根电极（温度电极也叫温度传感器），就是因为温度电极相对其他电极“不那么重要和娇贵”，所以我再后面注明“一般不需要维护，可视准确度要求而定” 2～3月一般不需维护，可视准确度要求而定浊度 1月擦拭镜片或进行校准检查 3 人工清洗电极 1月擦拭干净电极表面的附着物 4 检查管路情况 1月检查流量是否适当，是否堵塞 5 检查各参数示值 1月检查示值准确度是否满足要求 6 更换电路板 2～3年不更换可能会影响仪器性能影响的是什么性能？编者修改说明：理由同氨氮仪器电路板，也是参考仪器说明书和操作规程，但据我个人经验，五参数的电路板比氨氮电路板更容易烧坏 6.3.3控制系统日常维护集成系统的维护及故障诊断见表5 表5集成系统的维护及故障诊断维护单元维护对象检查内容采水系统浮筒、浮杆、浮船检查固定情况清理周围杂物自吸泵检查储水罐中是否有水检查电机风叶转动是否灵活、均匀、无异物清洗Y型过滤器检查水泵启动电流是否异常潜水泵检查叶轮保护外壳是否堵塞、破损检查水泵启动电流是否异常检查水泵供电线路是否磨损取水管路检查是否出现打折，是否畅通检查管路线路是否磨损检查管路压力判断水泵管路是否正常电动葫芦检查电动葫芦提升钢缆长度水是否适中，及时调整长度配水系统沉淀池清洗内壁附着物五参数测量池清洗内壁附着物测量杯清洗内壁附着物清洗排水管路样杯及接头疏通样杯接头清洗仪器供水管路流量计清洗流量计反冲系统空压机检查运行是否正常给空压机储气罐排水检查供气管路接头是否漏气清水泵检查运行是否正常供电系统配电接地检查配电接地是否正常三项供电检查三项供电是否正常 UPS电源检查运行是否正常稳压电源检查电压输出是否正常数据采集、传输、控制系统传输服务器检查通讯是否正常工控机检查工控系统各通讯端口是否通讯正常采集模块检查采集模块是否通讯正常其他管路检查是否跑冒滴漏电磁阀检查是否正常电动球阀检查是否正常 6.3.4质量控制和质量保证 1.日监视水站运维人员每天至少一次远程实时监视水站监测数据，内容包括： ☆ 根据仪器的分析数据判断仪器的运行情况。 ☆ 根据管路压力数据判断水泵的运行请况。 ☆ 根据电源电压、站房温湿度数据判断验房的内部情况。 ☆ 根据查询的数据情况，判断通讯线路、基站电脑的工作情况。 2.周巡视水站运维人员每周至少巡视水站一次，主要维护内容包括： ☆ 检查站房设备是否齐备，温湿度传感器是否正常。 ☆ 查看各台分析仪器及辅助设备的运行状态和主要技术参数。 ☆ 检查水站供电系统、通讯系统是否正常。 ☆ 检查系统各个单元的工作情况。 3.异常数据处理 ☆ 如果发现监测数据又持续异常值出现货通讯存在障碍，应尽快前往县城进行调查，查明原因，必要时采集实际水样进行人工分析。 ☆ 如确定数据异常为仪器设备或线路故障引起的，应及时进行排除，自己不能处理的要及时联系相关的设备（服务）供应商解决。 ☆ 如确定数据异常为环境突发事故引起的，应将水站常规运行模式调整为应急运行模式，加大自动监测频次，并将详细情况及时上报到本级环保局，同时省界、市界断面、饮用水源和重要江河水站应抄送到省环境监测中心，县界断面及其他水站应抄送到设区市环境监测站。在数据恢复正常后，将应急运行模式调回常规运行模式。 ☆应对每次异常数据情况作详细记录并归档。参考资料： A 水和废水监测分析方法（第四版增补版） B 环境水质监测质量保证手册第二版 C 环境监测第二版 D 水污染连续自动监测系统运行管理（试用）丽水市环境监测中心站林佳 13967086705

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