濮陽市微型水質自動監測站系統建設與應用

王慎陽 李光明 徐建閣 王亮 宋衛平 李勇欣

摘要：地表水環境質量自動監測技術在我國有了長足的應用，也形成了相對穩定的模式。文章以濮陽區域部分地表水自動監測項目為例，詳細介紹了微型水質自動站的結構組成和應用實例，探討了微型站具有安裝簡便、占地較少、價格低廉、維護方便等優點，是提升環境監測技術能力的重要實踐。

關鍵詞：微型水站;自動監測;應用

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.085

Abstract：The automatic monitoring technology of surface water environment quality has been widely used in our country and formed a relatively stable mode.Taking some surface water automatic monitoring projects in Puyang area as an example，this paper introduces the structure and application of the micro water quality automatic station in detail，and discusses that the micro station has the advantages of simple installation， less land occupation，low price，convenient maintenance， which is an important practice to improve the environmental monitoring technology.

Key words：Micro water station;Automatic monitoring;Application

中國地表水環境質量監測工作已經開展近40年，完整的監測技術體系保證人工采樣、實驗室分析監測數據的準確性和評價結果的有效性。進入21世紀，中國地表水環境質量監測引入了自動監測技術，各部門和地方政府均根據自己的需求建設水質自動監測站，開展水質的自動監測。自動監測作為手工監測的補充，在監測水質變化及趨勢、實時掌握水質狀況等方面起到了重要作用。目前，水質自動監測網絡的建設已經形成了相對穩定的模式。但是，水質自動監測無論在技術上還是在建設與運維過程中都存在諸多問題。

微型站是近幾年快速發展的一種水質自動在線監測系統，具有安裝簡便、占地較少、價格低廉、維護方便的優點。濮陽市根據國家水污染防治攻堅要求，結合當前技術發展，采用了微型水質自動監測系統實現對轄區內4個斷面水質的實時監控，水環境精準管理、科學決策提供數據依據、決策支持。

1 建設目標

本系統基于微型、高精度、智能化的自動監測設備，集成總裝方式實現湖庫、河道等水質水量精準在線監測，具有建成占地面積小、試劑耗量少、運維周期長，故障率低等優點，同時有效降低了水站的建設成本。系統既包含傳統自動站的全部功能，同時主要污染物指標標配平行樣、標準樣和自控樣等自動質控測試和儀器校準功能，監測過程全流程跟蹤監控，有效發揮管理部門對自動站的遠程監控與監督作用，提升水環境監測預警和數據分析能力。

2 系統組成及要求

微型水質自動監測站系統（簡稱微型水站）主要由水質分析單元、采水單元、預處理及配水單元、數據采集控制傳輸單元、輔助單元和微型站房等組成，可自動監測水體中的化學需氧量（COD）、氨氮、總磷、總氮、高錳酸鹽指數、常規五參數（水溫、pH、電導率、溶解氧、濁度）等十項水質參數，自動進行數據采集、處理和存儲，數據超標自動留樣，并通過光纖專網或4G網絡將監測數據上傳至數據管理平臺。微型水質自動監測站采用一體化監測艙站房，模塊化、一體化設計，占地面積小、功能齊全、造型美觀、無須建設固定站房，建設周期短，可實現便捷搬遷。

2.1 水質分析單元

分析單元主要涉及COD、氨氮、總磷、總氮、高錳酸鹽指數、常規五參數等十項水質參數，儀器設備滿足相應國標分析方法，主要參數分析方法和性能指標見表1。除高錳酸鹽指數和化學需氧量兩項參數外，其他八項參數量程均可根據河流水質變化情況進行適當調整。

2.2 采水單元

采水單元的采水主管路采用串聯結構，各儀器并接到管路中。各個儀器的壓力、流量均可單獨調節，并分別配備壓力表。管路的連接方式不僅要滿足所有儀器對需水量的要求，而且任何儀器故障不會影響其他儀器的工作。采水單元管路和電路分開安裝，采水管路材質必須保證不影響水質變化，管路外須有防水、防壓、防凍保護措施，電線應該安裝套管，采水管路和電路深埋不得小于80cm，過路時必須加裝鋼套管。室外管線做到有效防凍防護措施，水中管路和電纜不直接暴露在水中，做到有效保護防止水流的沖刷。采用雙泵/雙管路采水，一采一備，滿足適時不間斷監測的要求。管路保證-30～50℃能正常運行，使取水口能夠隨水位變化，保證取水水管的進水孔位于水表面以下0.5～1m的位置，并與河底保持一定距離，保證采集到具有代表性的水樣。

2.3 預處理及配水單元

為不同監測項目配備預處理裝置，主要包括沉降和過濾，根據水質情況可適當配備超聲設備等，以滿足分析儀器對水樣的精度等要求。

除五參數外的其他儀器，根據對水樣的要求，對水樣進行預處理，各儀器配水管路采用并聯取水方式，使各儀器可以從各自專門的過濾裝置中取樣，管路采用化學穩定性好，不影響水質的優質管材。每個設備具有獨立的水量控制手閥，可根據設備需水量進行供水控制。管路預留多個儀器擴展接口，可方便系統的升級。配水管線設壓力變送器，用于輔助調節流量及判斷配水單元工作狀態。

2.4 數據采集控制傳輸單元

控制單元是控制其他單元協調工作的中心。由自動監測系統前端工控機、可編程控制器、VPN和其他控制元件組成。前端水站管理系統能夠實現與現有中心端數據管理系統無縫銜接，并具備升級空間。工控界面可將系統流程實時反映出來，同時自動站所有的操作在工控界面上都能實現。能定時和固定時段采集歷史數據進行報表統計和數據曲線分析，數據導入、導出方便，并有數據備份、恢復功能。數據傳輸以光纖/ADSL有線網絡傳輸為主，傳輸帶寬不小于20M。

2.5 輔助單元

主要包括壓縮空氣系統（無油型）、UPS系統、穩壓器、穩壓電源、防雷系統、視頻系統等。供電電源分別安裝高壓三相四線B+C級電源防雷器和低壓單相二線B+C級電源避雷器，工控機內供電前端自備復合型B+C級電源防雷器，通信線路安裝信息線路保護器。防雷接地電阻R≤4Ω。UPS單機功率為5kVA，在線式工頻機，UPS帶滿載后備時間2h，電池配置65AH/12V 蓄電池 16節。視頻監控單元實現對站內儀器設備的監控和對站點周圍環境的不間斷監控。監控設備可水平360°旋轉，豎直-5～185°旋轉。保存1月以上的720p高清影像視頻。

2.6 微型站房

采用的微型站房高度集成化，占地面積小于10m2，站房面積能夠容納所有的符合國標方法的自動監測儀器設備，同時配有試驗臺配制試劑。采用輕型材料，具備恒溫、恒濕、隔熱、防雨、防火和報警等功能，可經受 8級以上的風力。微型水質自動站相較標準水質自動站，在建設與運行維護等各方面均有明顯的優勢，具體見表2。

3 監測應用

2019年微型水質自動監測站系統陸續建成并投入運行使用后，濮陽市區域的人民路橋站成功地監測了濮水河污染團的遷移過程。

圖1、圖2中記錄了污水團通過水站斷面時帶來的部分常規監測參數水質趨勢情況。8月10日各參數出現明顯變化，化學需氧量、氨氮、總磷、溶解氧、濁度和電導率監測值范圍分別為：11.6～55.2mg/L，0.04～4.03mg/L，0.057～0.439 mg/L，1.11～8.40，20.0～72.9NTU和356-702mS/m，水質下降到劣Ⅴ類。根據監測數據情況，當天啟動了生態調水程序，并通知沿河相應污染源排放單位及時調整處理工藝，快速有效地改善了河流水質情況。

4 結語

（1）系統以“微型化”為核心設計理念，其中分析儀器、集成裝置、站房為微型化重點建設目標，既能實現水質自動精準分析，又能解決傳統自動站占地面積大，征地成本高的難題。

（2）針對水質自動監測數據可靠性的問題，建設有完善的數據質量控制與保證體系，可實現在線質量控制，包括空白測試、標準樣品在線核查、平行雙樣、加標回收率測定等，使監測數據處于受控狀態。

（3）系統所包含的集成部件和分析儀器關鍵部件均具備傳感裝置，中控系統同時記錄站房環境信息，對數據產生過程全記錄，可實現異常和故障的情況快速反饋。

（4）濮陽市地表水水質自動監測網經過10年的建設，已經覆蓋了區域內主要河段斷面，在掌握水環境質量變化以及污染防控方面起到了重大的作用，本次微型站的建設對提升環境監測技術能力具有重要意義。

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收稿日期：2020-08-21

作者簡介：王慎陽（1985-），男，漢族，工程師，碩士研究生，研究方向為環境監測。