車載式水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境保護(hù)中的研究與應(yīng)用

何穎然

（廣東理行生態(tài)環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 528200）

過去“高投入、高消耗、高污染”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式雖然為我國帶來了高速的發(fā)展，但也對我國環(huán)境造成了破壞，突發(fā)性水污染事故時有發(fā)生，且頻率日益增多。在應(yīng)對突發(fā)性水污染事故過程中，常規(guī)手工監(jiān)測存在反應(yīng)速度慢、自動化程度差、跟蹤性監(jiān)測和高密度監(jiān)測能力弱等缺陷；固定式自動監(jiān)測站雖具有一定的連續(xù)監(jiān)測和預(yù)警監(jiān)測能力，但對突發(fā)性污染事故還是缺乏靈活性和針對性[1-2]；移動實(shí)驗室監(jiān)測雖具有一定的靈活機(jī)動性，但在連續(xù)性監(jiān)測、自動化程度上還有一定的局限性，而且還需要大量人工進(jìn)行操作[3-4]。在新時期的水質(zhì)監(jiān)測工作中，為適應(yīng)不同環(huán)境狀況并滿足突發(fā)性、機(jī)動性、連續(xù)性、廣域性要求，設(shè)計出車載式水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)。

1 車載式水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)概述

1.1 基本構(gòu)成

車載式水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)主要包括在線監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測車和輔助設(shè)施三大部分。其中核心模塊是在線監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，由采樣設(shè)備、在線監(jiān)測分析設(shè)備、中心監(jiān)控設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等組成[5]。輔助設(shè)施由通風(fēng)設(shè)備、供電設(shè)備和溫度調(diào)節(jié)設(shè)備組成，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保障。

1.2 車輛改裝技術(shù)

首先，應(yīng)該選擇合適的車輛。通過對發(fā)動機(jī)功率、密封性、承重性和減震性等等綜合性能予以考量，需滿足緊急使用情況，機(jī)動性應(yīng)滿足各種自然環(huán)境、各種天氣狀況的要求，內(nèi)部環(huán)境滿足車載設(shè)備及儀器的供水、電力、通風(fēng)及車內(nèi)溫度等。為了保障車輛在應(yīng)用中的良好運(yùn)行狀況，車輛需具有合理的防震、抗干擾、UPS不間斷電源、電力穩(wěn)壓等配套設(shè)施，還應(yīng)做好有效的防雨處理和防塵處理。其次，對車輛進(jìn)行合理改裝。車內(nèi)通過推拉窗有效分隔出駕駛區(qū)和實(shí)驗區(qū)兩部分，其中實(shí)驗區(qū)選用耐氧化、耐腐蝕和不易燃的實(shí)心理化板，與供電系統(tǒng)、實(shí)驗設(shè)備和水箱等形成密切銜接，提升操作便捷性。

1.3 自動監(jiān)測集成技術(shù)

車載自動監(jiān)測系統(tǒng)主要由采配水單元、水樣采集處理設(shè)施、車載分析儀器、自動化控制系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施等。現(xiàn)場可以實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)故障后自動報警及記錄等功能。

1.3.1 采配水及水樣處理單元

自吸泵設(shè)置在監(jiān)測車內(nèi)，通過中心控制系統(tǒng)控制采水泵，運(yùn)用過濾網(wǎng)對采水管道加以優(yōu)化，按規(guī)定采集水樣后分兩股水樣，其中一股接入五參數(shù)分析儀，其他水樣排出，另外一股接入監(jiān)測系統(tǒng)的儲水箱內(nèi)，經(jīng)靜置、沉淀后，供給各指標(biāo)分析儀器，通過閥門對進(jìn)水和出水加以控制。同時車內(nèi)配備清水水箱，通過設(shè)定相應(yīng)的程序完成自動沖洗，保障采水管道和取水管道的清潔性，為下一次使用做好準(zhǔn)備。

1.3.2 分析單元

考慮到車輛的空間、儀器尺寸的大小以及投入成本，根據(jù)常規(guī)水質(zhì)實(shí)際工作的需求，水質(zhì)自動監(jiān)測車主要配備水質(zhì)五參數(shù)（pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、水溫）、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷和總氮分析儀[4]。同時為了提高環(huán)境監(jiān)測效率、滿足現(xiàn)場應(yīng)急處理工作要求，配備的分析儀器以便攜式現(xiàn)場分析儀器為佳，例如便攜式離子劑、氣相色譜儀、多普勒流量計、可見分光光度計、水質(zhì)檢測器和車載式GC-MS儀器等等；為了降低外界環(huán)境對監(jiān)測工作的干擾，可以引進(jìn)先進(jìn)的傅里葉變換紅外光譜儀。

1.3.3 控制單元

將可編程控制系統(tǒng)、工控機(jī)和繼電器等組成現(xiàn)場控制系統(tǒng)，運(yùn)用組態(tài)開發(fā)技術(shù)和總線控制技術(shù)對系統(tǒng)運(yùn)行加以控制，信號系統(tǒng)以閥門和水泵運(yùn)行情況為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)測量數(shù)據(jù)的采集，同時避免數(shù)據(jù)發(fā)送和接收中造成較大的誤差。對比傳統(tǒng)控制體系，新控制系統(tǒng)大大減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)，工作周期的設(shè)定更加靈活，滿足水泵作業(yè)的實(shí)際需求。

1.3.4 數(shù)據(jù)采集傳輸單元

基于CDMA的無線通信傳輸技術(shù)，是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的主要技術(shù)基礎(chǔ)，滿足了實(shí)時傳輸?shù)囊螅軌蛴行с暯又行谋O(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計更加便捷。中心監(jiān)控端對現(xiàn)場儀器的控制效果較好。

1.4 輔助設(shè)施管理

1.4.1 供電單元

由蓄電池組、發(fā)電機(jī)、控制板、電源接口和電源箱等構(gòu)成，按照“分組供電、分項設(shè)計、市電優(yōu)先”的原則，通過自動控制裝置靈活切換發(fā)電機(jī)和市電。輸出功率為5.5 kW的發(fā)電機(jī)能夠在野外工作中提供可靠的電能，防止水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行連續(xù)性受到影響。蓄電池組配置8個12 V、40 μA的免維護(hù)電池，借助于UPS滿足系統(tǒng)無市電或發(fā)電機(jī)不工作情況下的用電需求。

1.4.2 空調(diào)通風(fēng)單元

排風(fēng)扇和空氣進(jìn)氣口共同組成空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)功率在2 kW左右，根據(jù)外界環(huán)境溫度的差異，對水質(zhì)監(jiān)測車的溫度加以控制，冬天和夏天的溫度分別為25 ℃和22 ℃左右。

2 車載式水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用措施

2.1 發(fā)揮車載式水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)在常規(guī)監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測中的優(yōu)勢

該系統(tǒng)的在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程傳輸功能保障了系統(tǒng)的完整性，實(shí)現(xiàn)對不同區(qū)域水環(huán)境狀況的快速獲取與分析，達(dá)到自動化監(jiān)測的目的。尤其是在突發(fā)水環(huán)境污染事故當(dāng)中，可以提高響應(yīng)的速度，確保在最短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對污染問題的控制，避免污染范圍的擴(kuò)大化。結(jié)合實(shí)驗室分析和水質(zhì)監(jiān)測流動車分析數(shù)據(jù)，制定切實(shí)可行的水污染防治方案，為水污染調(diào)查及治理提供科學(xué)依據(jù)，保障決策的合理性。

2.2 車載式水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)可以有效提升數(shù)據(jù)的精確性

線監(jiān)測儀器和控制系統(tǒng)的先進(jìn)性較強(qiáng)，相較于傳統(tǒng)設(shè)備而言，可以實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)監(jiān)測誤差的控制，明確產(chǎn)生誤差的原因，因此起到了良好的校準(zhǔn)作用。

2.3 克服了手工監(jiān)測時自動化程度較弱的缺陷

在克服手工監(jiān)測時自動化程度較弱缺陷的同時解決了固定式自動監(jiān)測站對實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境的調(diào)整靈活性差的不足，對于重要的飲用水源供應(yīng)地、省市區(qū)等跨界斷面、重點(diǎn)主干河流、污染水體的重要控制斷面、入河排污口、突發(fā)水環(huán)境污染事發(fā)地等實(shí)現(xiàn)全天候的實(shí)時監(jiān)控。

3 結(jié)語

車載式水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)采用先進(jìn)的車輛改裝技術(shù)、水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)等，將自動監(jiān)測儀器設(shè)備和監(jiān)測車體完美融合，實(shí)現(xiàn)自動采配水、自動分析、自動控制、遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ埽纬伤|(zhì)快速監(jiān)測、流動監(jiān)測能力。既可以滿足常規(guī)監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測的工作要求，又能保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性和精確性，符合數(shù)字化及自動化發(fā)展的要求，達(dá)到實(shí)時化監(jiān)測和控制的目的，防止造成嚴(yán)重的水污染問題，為環(huán)境預(yù)警預(yù)報和環(huán)境污染事故提供快速的響應(yīng)，提升了水環(huán)境保護(hù)工作的整體水平。