水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析及效益評(píng)估

劉凱麗

（廣東樸華檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東梅州 514700）

近幾年水污染問(wèn)題十分突出，嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)生活，水環(huán)境保護(hù)逐漸成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)工作，備受關(guān)注。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以在自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)通信、智能監(jiān)測(cè)等基礎(chǔ)上快速判斷水污染程度，輔助查找水污染致因，已經(jīng)成為水環(huán)境保護(hù)中不可或缺的關(guān)鍵。該技術(shù)可減少人工成本投入，其操作更便捷、結(jié)果更準(zhǔn)確，具有非常好的市場(chǎng)前景，值得深入研究和拓展。

1 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)問(wèn)世于20世紀(jì)70年代，監(jiān)測(cè)內(nèi)容較少，主要針對(duì)pH、SS、氨氮、BOD和COD等五項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)入21世紀(jì)后，遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)及全球定位系統(tǒng)逐漸運(yùn)用到水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，形成了高度信息化特征的水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系，可達(dá)到重點(diǎn)流域水質(zhì)自動(dòng)連續(xù)，效果顯著。

隨著技術(shù)的創(chuàng)新，水環(huán)境保護(hù)在原有的五項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)基礎(chǔ)上又增加了溶解氧（DO）、電導(dǎo)率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。為此，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系開(kāi)始利用物聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)信息的自主采集。上述自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)高效整合分析，可在短時(shí)間內(nèi)獲取水質(zhì)的真實(shí)情況，避免了人為要素的干擾。同時(shí)，支持全程自動(dòng)化操作，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，日常維護(hù)更簡(jiǎn)單，且監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率和時(shí)效性都明顯提升，使得我國(guó)水環(huán)境保護(hù)工作穩(wěn)步推進(jìn)。

2 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能

2.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)傳感器、敏感元件等，快速捕捉水質(zhì)數(shù)據(jù)，如溫度、pH、硬度、電導(dǎo)率等，監(jiān)測(cè)其是否達(dá)標(biāo)。此外，還可擴(kuò)展監(jiān)測(cè)其他相關(guān)指標(biāo)，如氨氮、金屬元素等，在線監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率更高。

2.2 預(yù)警預(yù)報(bào)功能

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在監(jiān)測(cè)到水質(zhì)污染問(wèn)題后及時(shí)發(fā)出預(yù)警，通過(guò)聲音、顏色、圖標(biāo)及各項(xiàng)數(shù)值提示工作人員發(fā)現(xiàn)異常情況，配合自動(dòng)報(bào)警提示，以提高水污染處理實(shí)效。

2.3 信息管理及數(shù)據(jù)管理

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)后臺(tái)軟件進(jìn)行水質(zhì)信息發(fā)布，工作人員可在計(jì)算機(jī)及手機(jī)APP中在線查詢水質(zhì)信息，展開(kāi)互訪，實(shí)現(xiàn)共享。并運(yùn)用可視化軟件對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整合分析，可作為工作人員問(wèn)題判斷的依據(jù)。

3 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在不同場(chǎng)景中的運(yùn)用

3.1 用于排污口水質(zhì)監(jiān)測(cè)

排污口水質(zhì)監(jiān)測(cè)是水環(huán)境保護(hù)的重要工作，污水需經(jīng)過(guò)專業(yè)處理符合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入市政管網(wǎng)或江河湖海。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可對(duì)排污口水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[1]，查看污水是否符合入河水質(zhì)要求。

在運(yùn)用時(shí)將水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝于污水處理廠或工業(yè)排污口，可實(shí)時(shí)在線采集水中重金屬含量、pH等參數(shù)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控使環(huán)保部門掌握企業(yè)排污情況，實(shí)時(shí)預(yù)警處理。同時(shí)，該技術(shù)支持企業(yè)污水排放量的智能化計(jì)算，可及時(shí)查明排污企業(yè)是否存在排污費(fèi)拖欠及漏報(bào)排污量等問(wèn)題。

3.2 用于水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)

水庫(kù)主要負(fù)責(zé)提供居民飲用水、工業(yè)用水及農(nóng)業(yè)用水，與生產(chǎn)生活息息相關(guān)。將水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)變化，若水質(zhì)指標(biāo)在短時(shí)間內(nèi)超出設(shè)定閾值，系統(tǒng)發(fā)出告警。工作人員可根據(jù)告警信息及時(shí)預(yù)防處理，保證水質(zhì)安全，避免出現(xiàn)蓄水危機(jī)或水質(zhì)污染。

我國(guó)傳統(tǒng)的水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)很難實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的高頻率水質(zhì)監(jiān)測(cè)，難以于水污染早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，水質(zhì)監(jiān)測(cè)帶有一定滯后性。而水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可利用自動(dòng)化裝置實(shí)時(shí)采集，并及時(shí)反饋，使保護(hù)部門第一時(shí)間獲取有效信息，鎖定污染區(qū)域，探明污染成因，緊急部署，極大提升了水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量和水污染防治效率。

3.3 用于地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)

水環(huán)境保護(hù)中，地表水監(jiān)測(cè)及保護(hù)必不可少。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)，分析水質(zhì)變化情況、水域流動(dòng)情況，對(duì)于出現(xiàn)的異常情況第一時(shí)間匯報(bào)與處理。

受我國(guó)行政區(qū)域管轄分割的影響，跨區(qū)域水質(zhì)監(jiān)測(cè)不夠全面，甚至存在明顯的灰色地帶，而水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全方位、無(wú)死角在線監(jiān)測(cè)，為跨區(qū)域污水整治提供了參考依據(jù)，實(shí)用價(jià)值顯著。

4 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果評(píng)估

4.1 前期準(zhǔn)備

本研究以某工廠為例，利用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)其循環(huán)冷卻水指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其裝置主要包括采樣水泵（750W自吸泵）1臺(tái)、水管、電纜、通信線纜及穿線管，安裝過(guò)程中要求如下。

（1）裝置定位。按照《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 500050—2007）中的技術(shù)要求，將水泵、水管、電纜等裝置預(yù)裝到指定位置。

（2）水路連接。本次水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)分別設(shè)置循環(huán)水路（包括進(jìn)水回路和出水回路）和逆流水路，前者主要用于循環(huán)進(jìn)/出水樣的采集，為采集點(diǎn)到監(jiān)測(cè)裝置間的連接管路；后者主要用于無(wú)壓排放，為經(jīng)監(jiān)測(cè)裝置后到排放管道間的連接管路。

（3）指標(biāo)設(shè)定。按照水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試裝置，保證水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)中可準(zhǔn)確顯示循環(huán)水的水溫、酸堿度、硬度、濁度等。

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

本次試驗(yàn)中人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)同時(shí)開(kāi)展，監(jiān)測(cè)周期為30d，通過(guò)對(duì)比兩組30d中水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，判斷水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性。

（1）調(diào)取監(jiān)測(cè)周期內(nèi)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的pH、總硬度、NTU等關(guān)鍵指標(biāo)，可發(fā)現(xiàn)所取水樣氯離子含量及總鐵含量超標(biāo)，濁度偏高，在一定程度上影響了工廠設(shè)備的安全性能和可靠性能，如表1所示。

表1 30d水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

（2）所取水樣pH平均為8.23，偏弱堿性。30天的pH最小為7.67，最大為8.48，不會(huì)引起析氫（pH＜5.5時(shí)，設(shè)備鈍化膜遇酸反應(yīng)，保護(hù)膜易損壞，致使裝置氧化）反應(yīng)或影響裝置傳熱（pH＞9.5時(shí)，設(shè)備中鐵元素遇堿反應(yīng)，生成Fe（OH）3，形成顆粒、沉淀，附著在裝置上），滿足工廠循環(huán)水使用要求。

（3）所取水樣總硬度平均值為408.16mg/L，30d內(nèi)變化幅度大多不超過(guò)100mg/L，基本穩(wěn)定；個(gè)別天數(shù)中變化幅度在200mg/L左右，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)為當(dāng)日補(bǔ)充水硬度過(guò)大導(dǎo)致，在補(bǔ)水過(guò)程中應(yīng)全面注意。

（4）所取水樣氯離子平均值為789.71mg/L，明顯高于循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)（700mg/L），其30d內(nèi)最大含量可達(dá)860.77mg/L，造成水樣電導(dǎo)率過(guò)高。在氯離子含量持續(xù)超標(biāo)情況下，工廠循環(huán)水將會(huì)影響設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至使其在高電導(dǎo)率水樣中出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕，造成設(shè)備損毀，針對(duì)該情況應(yīng)及時(shí)處理。

（5）所取水樣鐵含量平均值為2.34mg/L，是循環(huán)水總鐵指標(biāo)（1.0mg/L）的2～3倍，加大了設(shè)備腐蝕的可能性。尤其是在個(gè)別天數(shù)中，總鐵含量超過(guò)3.0mg/L，嚴(yán)重影響了設(shè)備安全運(yùn)行效果，應(yīng)加大補(bǔ)水及緩蝕處理。

（6）所取水樣需氧量平均值為78.96mg/L，變化幅度在40mg/L之內(nèi)，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（7）所取水樣濁度平均值為21.92，遠(yuǎn)超過(guò)循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)（10）?，F(xiàn)場(chǎng)可直接觀察到循環(huán)水濁度超標(biāo)，應(yīng)加大阻垢劑用量及及時(shí)補(bǔ)充新水。

對(duì)比所取水樣30d人工監(jiān)測(cè)結(jié)果，其pH、總硬度、氯離子含量、鐵含量等基本一致，該廠污水排放口存在重金屬超標(biāo)。針對(duì)排污口污水處理系統(tǒng)進(jìn)行檢修檢查，發(fā)現(xiàn)是排污系統(tǒng)出現(xiàn)故障，污水處理能力減弱，從而出現(xiàn)重金屬超標(biāo)等問(wèn)題，確定水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果快速、高效，且準(zhǔn)確無(wú)誤。

4.3 效益評(píng)估

在工廠引入水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，完成了對(duì)6個(gè)排污口水質(zhì)信息數(shù)據(jù)的及時(shí)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)了該廠排污口污染源超標(biāo)情況，通過(guò)人員及時(shí)處理和防護(hù)，全面提升了污水排放質(zhì)量和水生態(tài)環(huán)保效果。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能、自動(dòng)報(bào)警功能、數(shù)據(jù)處理和綜合信息處理等功能，真正做到對(duì)企業(yè)排污口污染源的全面監(jiān)測(cè)，使得企業(yè)獲得理想的經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)，且?guī)椭髽I(yè)履行生態(tài)保護(hù)責(zé)任。

5 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用思考

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可遠(yuǎn)程采集、在線傳輸、智能監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)告警，時(shí)效性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、功能完備，具有非常高的實(shí)用價(jià)值。但受人員因素、技術(shù)因素等影響，現(xiàn)階段推廣應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，亟待調(diào)整處理。

5.1 應(yīng)用范圍偏小

目前，我國(guó)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用范圍較小，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)較少，部分水庫(kù)及水系監(jiān)測(cè)仍選擇傳統(tǒng)的人工模式，影響水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

因此，要繼續(xù)加大宣傳，配備高素質(zhì)、精英型的水環(huán)境保護(hù)團(tuán)隊(duì)，以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在基層、偏遠(yuǎn)地區(qū)的推廣，帶來(lái)傳統(tǒng)工作模式與流程的改進(jìn)，讓信息技術(shù)更好地助力水環(huán)境保護(hù)。同時(shí)，還要注重對(duì)技術(shù)人員的教育培訓(xùn)，使其熟練使用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，掌握先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，靈活處理監(jiān)測(cè)中的突發(fā)問(wèn)題，切實(shí)提升水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量。

5.2 技術(shù)有一定缺陷

在技術(shù)推廣中也存在技術(shù)方面的缺陷，主要表現(xiàn)為：水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際水質(zhì)數(shù)據(jù)有一定偏差，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性較差，水質(zhì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)功能相對(duì)單一等。

針對(duì)上述問(wèn)題，應(yīng)改良水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備生產(chǎn)工藝，針對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備容易在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下運(yùn)行不穩(wěn)定、監(jiān)測(cè)精度下降的實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)行設(shè)備性能的改進(jìn)，并配合引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，以參考發(fā)達(dá)國(guó)家成熟的設(shè)備設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為提升我國(guó)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備質(zhì)量助力。

6 結(jié)語(yǔ)

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以在線自動(dòng)分析儀器為核心，通過(guò)現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理及可視化技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了智能平臺(tái)中水質(zhì)數(shù)據(jù)的全面展示、在線發(fā)布、風(fēng)險(xiǎn)告警。與傳統(tǒng)的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站相比，其無(wú)需建房、成本低，且具備防雨、防雷、防塵、防盜、耐低溫、防高溫、自動(dòng)運(yùn)行、無(wú)線通信等功能，設(shè)備集成度高，功能齊全，適合廣泛布點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)顯著，值得在水環(huán)境保護(hù)中全面運(yùn)用和推廣。