水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理與質(zhì)量控制

趙利娜

（上海市水文總站，上海 200232）

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理與質(zhì)量控制

趙利娜

（上海市水文總站，上海 200232）

介紹上海市蘇州河干流水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)情況，分析在運行管理過程中，制定的各項質(zhì)保制度及實施的質(zhì)量控制措施，對水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理和質(zhì)量控制進(jìn)行探討，為上海水體質(zhì)量管理工作提供有效的技術(shù)支撐。通過管理和控制前后的比對發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測系統(tǒng)可以保證實時動態(tài)、連續(xù)穩(wěn)定地監(jiān)測蘇州河水質(zhì)。

水質(zhì)；自動監(jiān)測系統(tǒng)；運行管理；質(zhì)量控制體系

上海市蘇州河干流水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是上海市水務(wù)局“數(shù)字水務(wù)”工程的一部分，由上海市水文總站托管。此工程對上海城區(qū)主要河流——蘇州河干流的水質(zhì)進(jìn)行實時、動態(tài) 24 h 監(jiān)測，實現(xiàn)對水質(zhì)變化的實時動態(tài)監(jiān)控。

水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套以自動分析儀器為核心的綜合監(jiān)測傳輸體系。水質(zhì)監(jiān)測站無人值守，監(jiān)測儀器 24 h 連續(xù)工作， 因此對監(jiān)測儀器的結(jié)構(gòu)、性能、靈敏度及傳輸信號的穩(wěn)定性都有相當(dāng)高的要求，為此上海市水務(wù)管理部門從基礎(chǔ)建設(shè)、人員素質(zhì)、運行管理等方面建立了完整規(guī)范的質(zhì)量保證體系，制定了切實可行的質(zhì)量控制措施，以保證自動監(jiān)測系統(tǒng)能長期穩(wěn)定的連續(xù)運行，獲取準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)

1.1 站網(wǎng)建設(shè)

站網(wǎng)建設(shè)的質(zhì)量是系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，站網(wǎng)建設(shè)階段要做好以下幾方面的工作：

1）站點選擇。自動監(jiān)測站點的選擇直接關(guān)系到所監(jiān)測的水樣在時間和空間上是否具有代表性，是否能夠真實反映監(jiān)測水體的質(zhì)量狀況。確定點位時要綜合考慮監(jiān)測斷面的特征，包括水流的穩(wěn)定性、水深、河道或堤岸的抗沖刷能力，以及是否存在紊流等。

蘇州河干流水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)自上游到下游市區(qū)包括趙屯、黃渡、北新涇、夢清園、溫州路 5 個測站。趙屯站位于江蘇省與上海市的交界處，此站水質(zhì)代表了上游來水水質(zhì)；黃渡站位于嘉定區(qū)，此站代表了蘇州河在郊區(qū)的水質(zhì)；北新涇站代表蘇州河進(jìn)入市區(qū)前的水質(zhì)；夢清園站代表了主要景觀區(qū)的水質(zhì)；溫州路站位于蘇州河與黃浦江的交匯處，此處代表了蘇州河進(jìn)入黃浦江的水質(zhì)。

2）儀器選型選購。自動監(jiān)測儀器是水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的核心，在采購儀器時，需要考慮儀器的監(jiān)測方法、量程及售后服務(wù)情況等因素。

為保證監(jiān)測儀器量值溯源和與常規(guī)監(jiān)測結(jié)果的可比性，應(yīng)優(yōu)選考慮采用我國國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國際等效分析等方法的儀器。

現(xiàn)在國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測站使用的儀器大部分是引進(jìn)的國外產(chǎn)品，針對這種現(xiàn)象要注意以下幾方面：

a. 儀器的性能方面。按儀器的量程來說，在選購儀器時，要先了解待測水質(zhì)參數(shù)的大概范圍，然后對比所要采購的儀器量程，一般情況下所測項目的濃度值應(yīng)處在儀器量程的 20%～80%。根據(jù)上海市蘇州河的歷史資料，蘇州河水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)配備的儀器量程如表 1 所示。

b. 儀器使用維護(hù)的培訓(xùn)方面。國外產(chǎn)品的說明書一般是英文版的，針對這一情況，首先要在系統(tǒng)建設(shè)的過程中，向儀器供應(yīng)商索要翻譯準(zhǔn)確的說明書；還要在系統(tǒng)驗收之前做好儀器使用、維護(hù)的培訓(xùn)工作。

表1 蘇州河水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的儀器量程

1.2 人員素質(zhì)要求

工作人員的素質(zhì)是系統(tǒng)正常運行的前提。每個水質(zhì)自動在線監(jiān)測系統(tǒng)在建設(shè)初期，必須明確由 1～2 名專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)。專業(yè)技術(shù)人員需具有扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實際操作經(jīng)驗，為了更好地維護(hù)和管理監(jiān)測系統(tǒng)，需詳細(xì)地了解工程情況。專業(yè)技術(shù)人員在系統(tǒng)正式運行前要參加由相關(guān)單位與儀器供應(yīng)商組織的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，并通過考核持證上崗。上崗后，專業(yè)技術(shù)人員要明確分工，具體工作要責(zé)任到人。

1.3 管理制度制定

完善的管理制度是水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)正常運行的保證。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是一個互相聯(lián)系的整體，系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將影響整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。因此必須建立一個完善的管理機(jī)制，保證系統(tǒng)的正常運行。上海市水文總站在管理水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)過程中建立的制度有工作人員持證上崗、測站巡檢、儀器維護(hù)、試劑管理、數(shù)據(jù)管理與審核、水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)月度和季度報告、異常數(shù)據(jù)的處理等制度及突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案。在日常的運行管理中，還要根據(jù)運行的實際情況，逐步完善各項規(guī)章制度，使水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理走向規(guī)范化、制度化。

2 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)運行中的控制措施

2.1 測站系統(tǒng)維護(hù)

1）定期清洗。為防止取水管路出現(xiàn)泥沙堵塞，藻類吸附滋生堵塞，管路老化破裂等現(xiàn)象，取水口、管路要定期拆卸清洗，每季度至少清洗 1 次管路。泥沙量大、藻類繁殖嚴(yán)重的地區(qū)要加大清洗力度，縮短清洗周期。定期的清洗維護(hù)可使系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，同時也可以延長儀器的使用壽命。

2）不定期清洗。一般情況下，監(jiān)測系統(tǒng)本身具備自動清洗的功能，但如果水中含有大量懸浮物質(zhì)，時間久了，采水和配水單元管路、反應(yīng)池、傳感器、電極和蠕動泵管等處會出現(xiàn)沉積物，會導(dǎo)致傳感器特性產(chǎn)生變化，或影響樣品、試液注入到反應(yīng)池中的體積，使監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生偏差，一旦偏差超出可接受的范圍，必須對管路、傳感器及蠕動泵管等進(jìn)行清洗或更換。

3）定期維護(hù)。系統(tǒng)維護(hù)分為管理站技術(shù)人員的日常技術(shù)維護(hù)和儀器供應(yīng)商的現(xiàn)場維護(hù)，主要包括：每天定時遠(yuǎn)程檢查和每周定期巡視，技術(shù)人員每天上午和下午共 2 次通過中心站軟件遠(yuǎn)程下載水質(zhì)監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對站點進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和巡視；每周至少應(yīng)巡視水質(zhì)監(jiān)測站 1 次，每次維護(hù)工作必須記錄備查。

2.2 試劑管理

1）試劑的質(zhì)量保證。儀器所需試劑與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)也是影響監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要因素。試劑與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不合格，直接影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度。系統(tǒng)所用試劑一般為優(yōu)級純和分析純試劑。

2）試劑的有效性檢查。試劑的質(zhì)量受多種因素的影響，比如試劑的濃度、穩(wěn)定性、貯存期，容器的密閉性，環(huán)境狀況等。因此自動分析儀所需的試劑需要定期檢查，如發(fā)現(xiàn)有沉淀、變色等變質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)及時重配、更換。不同試劑的穩(wěn)定性差別較大，對于穩(wěn)定性較差或濃度較低的試劑應(yīng)分次少量配制，特殊的試劑還應(yīng)采取特殊的貯存方法，如氧化或還原性試劑可采用棕色瓶貯存以避免陽光直射。在環(huán)境溫度較高的季節(jié)，試劑的分解速度會加快，應(yīng)相應(yīng)地縮短試劑的更換周期。

2.3 儀器管理

1）定期校準(zhǔn)。儀器運行期間必須根據(jù)水質(zhì)情況，確定在線分析儀器的定期校準(zhǔn)時間，校準(zhǔn)周期一般為 1 個月，并積極配合具有相應(yīng)資質(zhì)的監(jiān)測機(jī)構(gòu)的監(jiān)督校驗。如果儀器長時間停機(jī)后重新啟動，更換電極、泵管等，或更換不同批號的試劑，必須重新校準(zhǔn)儀器。

2）質(zhì)量控制樣品檢查。每周進(jìn)行 1 次質(zhì)量控制樣品的測定，用于檢查儀器的漂移情況，如果相對誤差超過 20%，應(yīng)重新校準(zhǔn)儀器。質(zhì)量控制樣品的濃度值應(yīng)在儀器量程的中間值附近。

3）實驗室驗證對比。每月進(jìn)行 1～2 次水樣實驗室比對，用于檢查自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度情況。水樣的采集應(yīng)在自動監(jiān)測儀器的取水口處，保證所取樣品與儀器所測樣品相同，在采樣的同時記錄自動監(jiān)測儀器的測定值。

4）易損件更換。儀器的泵管和電極等部件使用壽命較短，它們的工作狀態(tài)直接關(guān)系到進(jìn)樣的準(zhǔn)確性和精密性，日常維護(hù)時要注意定期檢查、清洗或更換。

2.4 數(shù)據(jù)管理

監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和審核是整個質(zhì)量保證體系中最后、最有效的質(zhì)量控制手段。在進(jìn)行數(shù)據(jù)審核時，應(yīng)按照實驗室常規(guī)數(shù)據(jù)處理的要求進(jìn)行檢驗和處理。對發(fā)現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，應(yīng)從操作人員人為因素、試劑的質(zhì)量及整個系統(tǒng)各個單元運行狀況等環(huán)節(jié)逐個進(jìn)行排查，查明原因，加以分析解決。

當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)出異常值警告，并確認(rèn)儀器正常時，警告值不作為異常值處理。

當(dāng)已知儀器不正常或電極、泵管等耗材需要更換，儀器的測定結(jié)果與國標(biāo)分析方法的測定結(jié)果有顯著性差異時，儀器的測定數(shù)據(jù)應(yīng)予剔除，不能參加各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

還可以從以下幾方面判斷監(jiān)測中的異常值[1]：

1）與歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較。一般河流水質(zhì)狀況相對穩(wěn)定，監(jiān)測參數(shù)測定值的波動范圍不大，可與歷史同期或最近一段時期監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否異常。如果監(jiān)測數(shù)據(jù)變化明顯，應(yīng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步論證，必要時采用人工采樣進(jìn)行分析，判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，確定是否剔除。如果數(shù)據(jù)的變化由污染事故引發(fā)所致，則得到的監(jiān)測結(jié)果有明確的變化規(guī)律，此時應(yīng)增加自動監(jiān)測儀采樣監(jiān)測的頻次。

2）各監(jiān)測參數(shù)間的相關(guān)性。由于物質(zhì)本身的性質(zhì)及相互關(guān)系，幾個監(jiān)測參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)往往存在某種固定關(guān)系，可為審核單個已實行質(zhì)量控制措施的監(jiān)測數(shù)據(jù)正確與否提供依據(jù)。比如化學(xué)需氧量的監(jiān)測結(jié)果應(yīng)大于高錳酸鹽指數(shù)的監(jiān)測值，當(dāng)溶解氧降低時，電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)會隨之升高，一般情況下，溶解氧高的水體硝酸鹽氮的濃度高于氨氮濃度，反之，溶解氧低的水體氨氮濃度要高。通過對各監(jiān)測參數(shù)之間規(guī)律性的了解，可容易地對異常值進(jìn)行判斷。

3）環(huán)境因素的影響。水體的某些基本性質(zhì)參數(shù)有其自身的自然規(guī)律，例如水中飽和溶解氧的含量（在特定條件下水中氧達(dá)到飽和時的濃度）與溫度、壓力、海拔高度及鹽度存在相關(guān)關(guān)系，水中溶解氧隨溫度的升高而降低，隨氣壓的降低而降低。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)中溶解氧數(shù)據(jù)波動較大，最易出現(xiàn)偏差。管理人員可以此規(guī)律，在運行管理中根據(jù)溫度、氣壓和鹽度的情況初步判斷溶解氧數(shù)據(jù)是否正常。

2.5 數(shù)據(jù)審核

水質(zhì)自動監(jiān)測站報出的監(jiān)測數(shù)據(jù)要嚴(yán)格執(zhí)行三級審核制度，具體如下：

1）一級審核。自動監(jiān)測站監(jiān)測人員隨時對儀器監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和審核，發(fā)現(xiàn)異常值時對儀器的運行情況進(jìn)行檢查，若確定為儀器故障，對異常數(shù)據(jù)做標(biāo)識，及時排除故障，并記錄處理辦法。

2）二級審核。自動監(jiān)測站主管業(yè)務(wù)站長對上報的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并對一級審核提出的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核。

3）三級審核。上海市水文總站水質(zhì)科科長對上報給上級部門的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核并蓋章。

2.6 監(jiān)督完善機(jī)制

上海市水文總站在水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理中，制定了“三方協(xié)商管理例會”制度。管理例會每月定期召開，參加對象為水文總站水質(zhì)科管理人員、基層站技術(shù)人員和運營商具體工作人員。會議建立在三方重大信息溝通的基礎(chǔ)上，主要就基層站技術(shù)人員和運營商具體工作人員雙方在運行維護(hù)和管理中遇到的問題、各自的建議與期望及要求等信息，以會議協(xié)調(diào)模式匯報給水文總站管理人員，以三方協(xié)商的模式當(dāng)場確定解決方案。實踐表明，“三方協(xié)商”的方式，不僅縮短了處理問題的時間，提高了管理效率；還使自動監(jiān)測系統(tǒng)得到最佳的維護(hù)效果，為系統(tǒng)的正常運行提供有力保障。

3 水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

在完善的質(zhì)量控制體系的保證下，上海市蘇州河水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)故障率低，穩(wěn)定運行時間長，運行初期（2014-01-01—06-30）數(shù)據(jù)采集情況如表2 所示。

為檢驗水質(zhì)自動監(jiān)測儀器測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，上海市水文總站每月進(jìn)行 1 次自動監(jiān)測與實驗室常規(guī)監(jiān)測的比對實驗，2 種測定方法的相對誤差應(yīng)小于20%，否則要對自動監(jiān)測儀器進(jìn)行校準(zhǔn)或維護(hù)調(diào)整。運行初期比對實驗共進(jìn)行 6 次，每次 5 個站共采集30 組樣品。

運行初期系統(tǒng)與實驗室常規(guī)監(jiān)測的比對情況如表 3 所示。

表2 蘇州河水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)運行初期數(shù)據(jù)采集

表3 運行初期系統(tǒng)與實驗室比對分析各參數(shù)的相對誤差情況 %

從表 2 和 3 可以看出，蘇州河水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的有效數(shù)據(jù)捕獲率高，能夠及時、動態(tài)地反映蘇州河干流的水質(zhì)變化情況。

4 結(jié)語

通過近 3年的運營管理實踐，上海市水文總站在水質(zhì)自動監(jiān)測管理方面積累了豐富的經(jīng)驗，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量管理體系得到不斷完善；系統(tǒng)的穩(wěn)定運行實現(xiàn)了對蘇州河水質(zhì)變化的實時、動態(tài)、連續(xù)監(jiān)控，提高了水質(zhì)監(jiān)測的工作效率，也為上海市水體質(zhì)量管理工作提供了有效的技術(shù)支撐。在目前我國水體污染日益嚴(yán)重、環(huán)境壓力日益增大的形勢下，建議各級水務(wù)管理部門加大水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用力度，為水環(huán)境管理工作提供更加有力的科學(xué)依據(jù)，更好地保障社會經(jīng)濟(jì)的有序發(fā)展。

[1] 陳光，劉廷良，劉京，等. 淺談我國水質(zhì)自動監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2006 (2): 60-63.

[2] 劉允，劉廷良，宮正宇. 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證[J]. 現(xiàn)代儀器，2010 (3): 60-62.

[3] 魏超. 徐州地區(qū)水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量保證與控制現(xiàn)狀[J]. 環(huán)境科技，2008 (12): 57-58.

Operation Management and Quality Control of Water Quality Automatic Monitoring System

ZHAO Lina

(Shanghai Hydrology Administration Station, Shanghai 200232, China)

The article mainly introduces the construction situation of water quality automatic monitoring system, analyzes quality assurance system and the implementary quality assurance measure in the operation and management progress, discusses operation management and quality control of online water quality monitoring system and provides effective technical support for water quality management in Shanghai. Through the management and control before and after, it found that the monitoring system can guarantee monitoring water quality of Suzhou River, continuously and steadily.

water quality; auto-monitoring system; operation management; quality control system

X832

A

1674-9405(2015)04-0057-04

2015-05-18

趙利娜（1976－），女，上海人，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測工作。