車載式水質自動監測技術在水環境保護中的研究與應用

何穎然

（廣東理行生態環境科技有限公司，廣東 廣州 528200）

過去“高投入、高消耗、高污染”的經濟發展模式雖然為我國帶來了高速的發展，但也對我國環境造成了破壞，突發性水污染事故時有發生，且頻率日益增多。在應對突發性水污染事故過程中，常規手工監測存在反應速度慢、自動化程度差、跟蹤性監測和高密度監測能力弱等缺陷；固定式自動監測站雖具有一定的連續監測和預警監測能力，但對突發性污染事故還是缺乏靈活性和針對性[1-2]；移動實驗室監測雖具有一定的靈活機動性，但在連續性監測、自動化程度上還有一定的局限性，而且還需要大量人工進行操作[3-4]。在新時期的水質監測工作中，為適應不同環境狀況并滿足突發性、機動性、連續性、廣域性要求，設計出車載式水質自動監測技術。

1 車載式水質自動監測系統概述

1.1 基本構成

車載式水質自動監測系統主要包括在線監測技術系統、水質監測車和輔助設施三大部分。其中核心模塊是在線監測技術系統，由采樣設備、在線監測分析設備、中心監控設備和數據傳輸設備等組成[5]。輔助設施由通風設備、供電設備和溫度調節設備組成，為系統的安全穩定運行提供可靠的保障。

1.2 車輛改裝技術

首先，應該選擇合適的車輛。通過對發動機功率、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，機動性應滿足各種自然環境、各種天氣狀況的要求，內部環境滿足車載設備及儀器的供水、電力、通風及車內溫度等。為了保障車輛在應用中的良好運行狀況，車輛需具有合理的防震、抗干擾、UPS不間斷電源、電力穩壓等配套設施，還應做好有效的防雨處理和防塵處理。其次，對車輛進行合理改裝。車內通過推拉窗有效分隔出駕駛區和實驗區兩部分，其中實驗區選用耐氧化、耐腐蝕和不易燃的實心理化板，與供電系統、實驗設備和水箱等形成密切銜接，提升操作便捷性。

1.3 自動監測集成技術

車載自動監測系統主要由采配水單元、水樣采集處理設施、車載分析儀器、自動化控制系統、信息數據傳輸設施等。現場可以實現自動運行，也可以實現遠程操控、系統自檢、系統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

自吸泵設置在監測車內，通過中心控制系統控制采水泵，運用過濾網對采水管道加以優化，按規定采集水樣后分兩股水樣，其中一股接入五參數分析儀，其他水樣排出，另外一股接入監測系統的儲水箱內，經靜置、沉淀后，供給各指標分析儀器，通過閥門對進水和出水加以控制。同時車內配備清水水箱，通過設定相應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，根據常規水質實際工作的需求，水質自動監測車主要配備水質五參數（pH值、溶解氧、電導率、濁度、水溫）、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷和總氮分析儀[4]。同時為了提高環境監測效率、滿足現場應急處理工作要求，配備的分析儀器以便攜式現場分析儀器為佳，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、水質檢測器和車載式GC-MS儀器等等；為了降低外界環境對監測工作的干擾，可以引進先進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、工控機和繼電器等組成現場控制系統，運用組態開發技術和總線控制技術對系統運行加以控制，信號系統以閥門和水泵運行情況為依據，實現水質測量數據的采集，同時避免數據發送和接收中造成較大的誤差。對比傳統控制體系，新控制系統大大減輕了操作人員的負擔，工作周期的設定更加靈活，滿足水泵作業的實際需求。

1.3.4 數據采集傳輸單元

基于CDMA的無線通信傳輸技術，是數據傳輸系統的主要技術基礎，滿足了實時傳輸的要求，能夠有效銜接中心監控系統，數據查詢和統計更加便捷。中心監控端對現場儀器的控制效果較好。

1.4 輔助設施管理

1.4.1 供電單元

由蓄電池組、發電機、控制板、電源接口和電源箱等構成，按照“分組供電、分項設計、市電優先”的原則，通過自動控制裝置靈活切換發電機和市電。輸出功率為5.5 kW的發電機能夠在野外工作中提供可靠的電能，防止水質監測設備的運行連續性受到影響。蓄電池組配置8個12 V、40 μA的免維護電池，借助于UPS滿足系統無市電或發電機不工作情況下的用電需求。

1.4.2 空調通風單元

排風扇和空氣進氣口共同組成空調通風系統，空調功率在2 kW左右，根據外界環境溫度的差異，對水質監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 車載式水質監測技術在水環境保護中的應用措施

2.1 發揮車載式水質監測技術在常規監測和應急監測中的優勢

該系統的在線監測和遠程傳輸功能保障了系統的完整性，實現對不同區域水環境狀況的快速獲取與分析，達到自動化監測的目的。尤其是在突發水環境污染事故當中，可以提高響應的速度，確保在最短時間內實現對污染問題的控制，避免污染范圍的擴大化。結合實驗室分析和水質監測流動車分析數據，制定切實可行的水污染防治方案，為水污染調查及治理提供科學依據，保障決策的合理性。

2.2 車載式水質監測技術可以有效提升數據的精確性

線監測儀器和控制系統的先進性較強，相較于傳統設備而言，可以實現對水質監測誤差的控制，明確產生誤差的原因，因此起到了良好的校準作用。

2.3 克服了手工監測時自動化程度較弱的缺陷

在克服手工監測時自動化程度較弱缺陷的同時解決了固定式自動監測站對實際現場環境的調整靈活性差的不足，對于重要的飲用水源供應地、省市區等跨界斷面、重點主干河流、污染水體的重要控制斷面、入河排污口、突發水環境污染事發地等實現全天候的實時監控。

3 結語

車載式水質自動監測系統采用先進的車輛改裝技術、水質在線監測技術、數據采集與傳輸技術等，將自動監測儀器設備和監測車體完美融合，實現自動采配水、自動分析、自動控制、遠程傳輸等功能，形成水質快速監測、流動監測能力。既可以滿足常規監測和應急監測的工作要求，又能保障監測數據的時效性和精確性，符合數字化及自動化發展的要求，達到實時化監測和控制的目的，防止造成嚴重的水污染問題，為環境預警預報和環境污染事故提供快速的響應，提升了水環境保護工作的整體水平。