車載式水質監測技術在水環境保護中的研究與應用

曹 軍

（江蘇環境監測中心，江蘇 南通 226300）

車載式水質檢測技術主要利用先進的車輛改裝技術、環境水質監測技術、數據采集與加工技術以及數據傳輸工具，能夠將車輛內部的水質監測系統與監測的對象達到充分融合的目的，逐步實現自動對水樣進行采集、分析、控制以及遠距離數據傳輸等。我國已經進入突發水質污染高峰的階段，在我國各種高發的環境污染案件中，水污染發生頻率最高，造成的經濟損失也最大。目前，我國很多地方對于突發性水污染的環境應急保障體系還處在建設的初級階段，許多處理技術和應急保障制度還不夠完善。水污染的應急方案主要針對政府部門和指揮機構，其對于危機進行反應的程序和時效規定比較多，但是對于現場進行快速分析的設備研究比較少，特別是針對現場的快速檢測設備幾乎處于空白。

1　車載式水質監測系統組成

車載式水質自動監測系統主要由水質監測車、在線監測技術系統和其他輔助設備等組成。其中，在線監測技術系統主要包括水質取樣設備、污染物在線分析設備、現場污染物采集和傳輸設備、中心控制單元設備，輔助設備主要包括供電設備、通風設備等。

2　水質監測車輛改裝技術

2.1　車輛的基本選型

對車載式水質監測技術使用的車輛進行選型時，主要考慮車輛的整體承重、密封性好壞、減震性能是否優劣、滿載時的車速、汽車發動機的功率等。目前，主要選用的是進口汽車，然后對其進行改裝，這樣能夠做到比較好的密封作業，達到防塵與防雨的性能。

2.2　車輛的改裝技術

本研究中，水質監測車采用奔馳65d柴油機，這種車輛強度較高，具有完善的減震性能，車廂體能夠雙后開門和單側拉門，箱體的上部有天窗。水質監測車整體分為駕駛區和實驗區兩個部分，中間可以設置推拉窗進行隔斷。水質監測的儀器主要放在實驗區的右側，實驗區的左側可以選用耐腐蝕、耐氧化以及不易燃燒的實心理化板，理化板的下部主要包括有水箱、供電系統，左右側的系統重量要達到平衡狀態[1]。整個實驗的車體右側是發電機的艙門，主要安裝的是進口自鎖的發電機滑道，并且配備相應的發電機，功率不能夠小于3 kW。

2.3　車載式水質監測的設備

在進行現場應急處理時，需要對樣品進行快速的傳遞，因此車載式監測平臺必須要配備便攜式的現場分析儀器，這樣能夠有效提高環境監測效率。按照這樣的配比原則，技術人員需要配置水和氣體的檢測試管、單項或者是多項的氣體檢測器、具有便攜功能的紫外可見分光光度計、具備便攜式的氣相色譜儀、具有多項目的水質檢測器、袖珍式的爆炸或者是有毒有害氣體的檢測裝置、便攜式的離子劑、具有變形功能的離子色譜儀、多普勒流量儀、反射式分光光度計、具有便攜功能的陽極掃描伏安計、等比例的水質采樣器、車載式的GC-MS儀器、具有便攜功能的傅立葉變換紅外光譜儀以及免疫分析儀等設備。有條件的地區可以配置開放通道的傅立葉變換紅外光譜儀，這種裝置能夠直接對污染源和大氣中污染物進行不干擾測定，具有良好的流動性[2]。

3　車載式水質自動監測集成技術

3.1　水樣的采集存儲和反沖洗技術

在水質監測車的后箱安裝自吸泵，同時外接采水軟管，采水管道需要攜帶過濾網等裝置，正常情況下軟管長度約為30 m，同時附加長度也能夠滿足取水百米的要求，也需要保證車輛可以從橋上遠距離進行取水作業。

水質監測中需要考慮到水樣分析的必要性，在采集樣品完畢后，可以分為兩路進入儀器。比如，樣品可以直接進入五參數的分析儀，多余樣品可以進行直接排出；室內部分樣品直接進入儲水箱，并且經過靜置沉淀后，對其高錳酸鉀指數、總磷或總氮指數進行分析。水質監測車的儲水箱能夠進水和出水，進水或者是進行向外排出水都需要閥門進行控制。在水質監測車的車廂內，需配置一個60 L的清洗水箱，它能夠方便作業人員完成相關作業以后，根據手動設定的程序進行自動沖洗，實現對于氨氮等儀器取水管道和采水管道的沖洗。

3.2　水質監測儀器的選擇

綜合考慮到車體內部的整體空間、儀器尺寸的大小以及投入的成本，結合現場工作的實際需求，車載式水質監測主要考察五種參數：水質的pH值、溶解氧值、電導率大小、水溫大小、高錳酸鉀的鹽指數、總磷和總氮的分析儀。在水質監測過程中，監測儀器盡量選用氣密性良好、運行穩定的成熟品牌。

3.3　現場工作的技術

現場控制技術系統主要由工控機、PLC（可編程控制系統）以及其他繼電器組成，該技術主要包括總線控制技術和組態開發技術。這種控制界面操作比較簡單，能夠根據用戶的直接需求，設定工作周期，在中心控制模塊內進行啟動或者關閉閥門水泵作業。系統可以根據水泵和閥門的反饋情況，對信號系統進行判斷，對污染水質測量數據進行采集，對設備運行參數進行比對，能夠保證通信的暢通，保障車載式水質監測系統發送數據和接受數據的準確性。

3.4　數據傳輸技術

水質監測系統的數據傳輸系統主要基于CDMA的無線通信傳輸技術，能夠實現監測結果的實時傳輸，與遠處的環境監測中心進行無縫的連接，這樣會有效促進系統查詢和統計監測現場數據。

3.5　對于中心單元的監控

車載式水質監測系統的中心監控端能夠支持多種接入方式，可以將車載式的水質自動監測系統所得到的數據存儲于數據庫中，同時也可以對現場進行監測的儀器下達指令。

4　輔助設施的基層管理

4.1　供電單元的集成

整個供電系統包括有外接的電源接口、發電機、電源箱、蓄電池的電池組、對人的控制板等。其可以分為三個供電或用電的區域，主要是照明用電區域、儀器用電區域、空調供電的區域等。

車載式水質監測車的供電區域，由發電機通過UPS（不間斷電源）進行發電，市電和發電機之間能夠自動切換，發動機在進行供電的同時，市電能夠相對應接入UPS，其能夠自動打開市電的接入端口，將發電機的電力接入端口進行關閉。水質監測的蓄電池組主要配置有八個12 V、40 μA的免維護電池，在沒有市電或發電機進行供電的情況下，后備的蓄電池組能夠通過UPS為整個系統提供充足的電力。這種供電系統采用日本雅馬哈發電機，輸出的功率達到5.5 kW，為車載式水質監測車在野外工作提供足夠的電量，保證整個水質監測設備的正常工作[3]。

4.2　空調的通風系統集成

水質監測車的通風單元主要由帶有過濾裝置的空氣進氣口和實驗室空氣的排風扇組成。實驗區可以配置空調，空調的功率大約為2 kW。在水質監測車正常工作時，夏季的氣溫要控制在22℃左右；冬天寒冷干燥的氣候條件下，應該啟動電加熱裝置，這樣可以使得車內的溫度控制在25℃以上。

5　車載式水質監測平臺在水環境保護中的應用

5.1　應用的示范

丹江口水庫位于河南省與湖北省的交界處，是南水北調中線工程的水源地。人們可以采用車載式的自動監測技術對水庫重點敏感區域進行監測，從而確保整個系統的穩定性，掌握水庫重點區域的水質情況。其間，人們要分析和總結車載式自動監測系統的關鍵技術和具體應用，形成可以推廣的技術標準。監測時，人們選擇了25個具有代表性的監測點，同時選取了30多個監測指標，這些指標包括水溫、水的pH值、總氮值、溶解氧的數量、總鐵值、總磷值、電導率、高錳酸鉀指標等。最后對監測數據進行分析，人們得到了評價結果，與應用傳統方法得到的數據相比，該方法具有更加良好的效果，這說明車載式自動監測平臺設計比較先進，能夠滿足國家的技術標準。

5.2　車載式水質監測在水環境環保中的監測點

5.2.1常規與應急可以兼顧

車載式自動監測是一個水質監測系統。該系統能夠將遠程的通信傳輸和在線監測融為一體，形成具有獨立性與完整性的新系統。在日常工作中，人們可以將車載式自動監測平臺看作是一個活動的水質監測站點，如果轄區內發生水環境污染事故，水質自動監測可以作為環境應急響應監測的一部分，在最短的時間內到達事故現場，對污染水質進行快速測量，對水質監測流動車、實驗室安全測量分析進行合理補充，配合相關機構開展水污染調查工作，這樣就能充分發揮車載式自動監測平臺流動監測站和流動監測的功能[4]。

5.2.2能夠提高數據精確性

水質自動監測平臺配備有先進的控制系統和在線監測儀器，在與水質自動站進行質控對比時，人們可以利用同一種水樣和同一種設備進行現場測定，對質量控制進行比對，查找誤差產生的原因，對整個監測系統的精確性進行校準，這樣能夠提高自動站點的數據處理精確性。以太湖流域為例，宜興市環境監測部門平時將自動監測車停放在自動監測站內，每個月需要與太湖的水質自動站進行質控對比，采樣需要一同進行，然后進行同步的化學分析。這樣通過兩套自動監測系統對水樣進行分析和檢測，比對標準物質標定，可以提高整個自動監測數據的精確性，能夠為太湖流域水質監測提供更好的總量監測指標和生態補償服務[5]。

6　結語

車載式水質監測技術在水環境保護中的應用是一種新鮮的嘗試，能夠將水質自動檢測站的主要工作內容置于水質監測車之內，能夠實現水質的自動采樣、自動分析，并且能夠與控制中心進行實時數據傳輸。車載式水質監測技術能夠克服人工進行水質監測時自動化程度較弱的缺陷，同時也解決了固定式自動水質監測站無法根據現場實際情況調整監測水位的問題，對于重要城市的水源供應地、省界水質情況、污染水體的重要控制斷面、進入河流的重要排污口情況能夠實現全天候的實時監控。