水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

程帥 于曉秋

（黃河水利委員會(huì)山東水文水資源局，山東 濟(jì)南 250000）

水質(zhì)總磷、總氮這兩個(gè)指標(biāo)能夠比較直接地反映出水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，通過利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取這兩項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化污染情況的監(jiān)測(cè)，為治理工作提供依據(jù)，因此，應(yīng)針對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入分析，并尋求優(yōu)質(zhì)的技術(shù)方案，以保證該項(xiàng)技術(shù)效用的順利發(fā)展，提升治理工作水平。

一、聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是指采用分光光度操作方法，結(jié)合臭氧、紫外線聯(lián)合試驗(yàn)，來測(cè)定總磷總氮值的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。在該技術(shù)下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)主要依靠由PLC控制器、GPRS 無線通信程序、LabVIEW 開發(fā)工具所形成的自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置支持遠(yuǎn)程控制與遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)，因此，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不僅能保持足夠的精度，而且具有操作便捷的優(yōu)勢(shì)。在此過程中，PLC 控制器負(fù)責(zé)下達(dá)不同器件的通斷指令，如臭氧發(fā)生器等，使工作者可以對(duì)這些器件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或現(xiàn)場(chǎng)控制調(diào)試。而遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場(chǎng)控制這兩項(xiàng)功能主要承載于借助LabVIEW 開發(fā)工具構(gòu)建出的軟件程序，該軟件程序中包含了遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)控制這兩個(gè)模塊，工作者通過操作遠(yuǎn)程界面上的總氮含量、總磷含量等選項(xiàng)，即可查閱實(shí)時(shí)、歷史的總磷總氮指標(biāo)值。

二、多量程自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

在多量程自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)主要依賴于多量程在線系統(tǒng)的運(yùn)行。其中，多量程在線監(jiān)控系統(tǒng)是以微控、順序注射為基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)原理，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)控制系統(tǒng)，形成的聯(lián)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的總磷量程為0-1.2μg.mL-1、1.2-2.5μg.mL-1、2.5-5μg.mL-1，總氮量程為0-10μg.mL-1、10-20μg.mL-1、20-40μg.mL-1。基于該技術(shù)的總磷總氮檢測(cè)機(jī)理為，首先，針對(duì)待測(cè)水體建立消解池，然后構(gòu)建出一個(gè)高溫環(huán)境。其次，在該環(huán)境下密閉消解水體中的磷、氮化合物。在此過程中，該消解方法為，使用經(jīng)過60℃以上水分解處理后的堿性過硫酸鉀，在120℃高壓蒸汽條件下，對(duì)磷、氮化合物進(jìn)行消解，得到含有正磷酸鹽、硝酸鹽的消解液。最后，將消解液分別送至總磷、總氮檢測(cè)池中進(jìn)行兩項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，其中，總磷檢測(cè)需要消解液與鉬酸銨反應(yīng)，總氮檢測(cè)需要分別采集消解液275nm、220nm 深度位置的吸光度值，再用該值計(jì)算出總氮指標(biāo)值。

三、傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)屬于一種多參數(shù)水體總磷總氮檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理為，借助水質(zhì)傳感器實(shí)現(xiàn)總磷、總氮指標(biāo)的測(cè)定，利用光電轉(zhuǎn)換器、無線傳輸模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)測(cè)定結(jié)果傳輸以及上位機(jī)指令下達(dá)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。其中，傳感器主要是由硅光電池、外殼體、石英玻璃等構(gòu)件組成，其測(cè)量指標(biāo)值的方法為多通道多參數(shù)順序檢測(cè)法。在傳感器的實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)或工作者可以通過改變脈寬來調(diào)整LED的亮度，以控制量程與光程。一般來說，利用該技術(shù)進(jìn)行水體總磷總氮的檢測(cè)，能夠達(dá)到總磷值-5.6%～9.4%的準(zhǔn)確度，總氮值-9%～9%的準(zhǔn)確度。從整體上來看，該技術(shù)所得出的指標(biāo)值精度符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，在該技術(shù)下，人們通常會(huì)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)嵌入到自動(dòng)監(jiān)測(cè)操作系統(tǒng)中，使該技術(shù)支持歷史指標(biāo)監(jiān)測(cè)值的瀏覽以及遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)控制，因此，該技術(shù)在操作上更加便捷，有助于水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)工作水平的提升。

四、分光光度計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

在傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上，人們通過應(yīng)用分光光度計(jì)可以構(gòu)建出一個(gè)精準(zhǔn)度更高的多參數(shù)在線分析系統(tǒng)，提升總磷總氮自動(dòng)監(jiān)測(cè)水平。其中，分光光度計(jì)主要是由光電探測(cè)器、聚焦鏡、光纖連接器等部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)的水質(zhì)總磷總氮分析，以及光學(xué)測(cè)量，同時(shí)，針對(duì)總磷、總氮分析部分，還可以分別設(shè)置反應(yīng)池，并結(jié)合自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)，校準(zhǔn)各個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，使總磷、總氮測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)。就目前來看，該技術(shù)可以達(dá)到0.809%的重復(fù)率以及0.847%的準(zhǔn)確度，有助于總磷總氮監(jiān)測(cè)水平的發(fā)展[1]。

五、水樣消解自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

水樣消解自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是指一種利用超聲波輔助水樣消解，達(dá)到更高監(jiān)測(cè)效率的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。該技術(shù)屬于自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)中的輔助技術(shù)，其主要作用是加速水樣消解，使后續(xù)的測(cè)量進(jìn)度提前，但該技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)對(duì)總磷總氮測(cè)量結(jié)果存在影響。通常情況下，基于該技術(shù)得出的測(cè)量結(jié)果，誤差在+10%以下，可以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，該技術(shù)具有足夠的實(shí)用性。就目前來看，該技術(shù)一般被應(yīng)用在多量程自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、分光光度計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等存在水樣消解環(huán)節(jié)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)中。在此過程中，當(dāng)前水體自動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域正在嘗試通過優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)、檢測(cè)試劑等方式，來降低該技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的影響，以增強(qiáng)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果[2]。

結(jié)論：綜上所述，增強(qiáng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)施效果，有助于水體污染治理工作的發(fā)展。在水污染治理中，借助自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取總氮總磷指標(biāo)數(shù)據(jù)，可以提高監(jiān)測(cè)結(jié)果查閱便捷性、優(yōu)化指標(biāo)值測(cè)量精度、弱化水體總磷總氮監(jiān)測(cè)工作的難度，從而幫助人們有效應(yīng)對(duì)水富營(yíng)養(yǎng)污染問題。