水質在線質控儀在地表水水質自動監測中的應用探討

劉婷婷，焦衛華，徐萬秀，焦升亮

（1.碧興物聯科技（深圳）股份有限公司，廣東 深圳 518000；2.甘肅天平環境檢測有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

水質在線自動監測具有連續性、實時性、全天性、自動化等優勢，它以信息技術為基礎，能夠建立水質環境監測數據庫，統一收集數據、管理數據和使用數據，及時預警和防范水環境風險，進一步提升水環境管理水平，是信息時代地表水水質環境質量監測發展的方向。

受疫情多點散發與局部聚集性疫情等不可抗力的因素影響，地表水水質自動監測站可能會出現在較長時間內，運維人員無法定期進入站點進行日常維護、試劑更換、耗材更換、儀器校準、部件清洗、質控操作等工作，這有可能導致水質自動監測儀器發生運行異常、試劑耗盡、數據缺失、數據異常等情況。水質在線質控儀可實現無人值守、遠程觸發、同時實現多個測量因子的質控功能，具體包括加標回收、空白核查、跨度核查、標液核查、多點線性配制、數據補采等功能，這對于提升水質監測自動化、智能化及可靠性有積極意義。

1 水質在線質控儀應用于地表水水質自動監測的必要性分析

1.1 地表水水質自動監測的發展

生態環境部（原國家環保總局）于1999年9月開始，在我國部分主要流域開展了地表水水質自動監測站的試點工作，并分別在松花江、淮河、長江、黃河及太湖流域的重點斷面建設了10個水質自動監測站。在試點的基礎上，從2000年9月開始，經過“十五”、“十一五”十年的努力，陸續在松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、珠江、太湖、巢湖、滇池流域等十大流域的重點斷面以及浙閩河流、西南諸河、內陸諸河、大型湖庫以及國界出入境河流上建成了149個水質自動監測站，初步形成了覆蓋我國主要水體的水質自動監測網絡；依據有關標準和監測規范，進一步優化調整監測點位，制定了“十二五”《國家地表水環境監測網設置方案》，其中國家地表水環境監測網共設置國控斷面（點位）972個（河流斷面765個、湖庫點位207個）；2017年環保部加快推進國家地表水環境質量監測網水質自動監測站建設工作，建立健全以自動監測為主、人工監測為輔的地表水環境質量監測體系，在國家地表水環境質量監測網2 050個考核斷面中，初步統計需新建水質自動監測站1 137個；到“十四五”，共建立3 646個國控斷面，其中建設了1 837個水質自動監測站[1]。

河流斷面基本覆蓋全國七大流域（長江流域、黃河流域、淮河流域、海河流域、珠江流域、松花江流域、遼河流域）、三大片區（浙閩片河流、西南諸河、西北諸河）干流及主要支流（流域面積1 000 km2以上），以及跨省和跨市的主要河流（流域面積500 km2以上）；湖庫點位覆蓋水域面積100 km2以上的大型湖泊、庫容10億 m3以上的大型水庫。詳見圖1。

圖1 國家地表水環境質量監測網發展圖

1.2 地表水水質自動監測基本指標及監測頻次

基本指標：監測9項基本指標，分別是水溫、pH值、溶解氧、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮（湖庫增測葉綠素a、透明度等指標）。

監測頻次：水溫、pH值、溶解氧、電導率、濁度五參數（湖庫增測葉綠素a、透明度等指標）每小時1次；高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮指標4小時1次。

1.3 地表水水質自動監測質量保證與質量控制實施要求

地表水水質自動監站應按照表1規定的質控項目實施水站質控措施，實施頻次應不低于表1規定。

表1 質控措施及實施頻次

（1）針對所有水站，氨氮、高錳酸鹽指數、總磷、總氮應每24小時至少進行1次零點核查和跨度核查；每月至少進行1次多點線性核查；（2）除浮船站外，每月至少進行1次加標回收率自動測試；（3）針對Ⅲ～劣Ⅴ類水體，氨氮、高錳酸鹽指數、總磷、總氮每月至少進行1次實際水樣比對，Ⅰ、Ⅱ類水體至少半年進行一次實際水樣比對；（4）針對Ⅲ～劣Ⅴ類水體，氨氮、高錳酸鹽指數、總磷、總氮每月至少進行1次集成干預檢查（濁度大于1 000 NTU可不進行集成干預檢查）；（5）常規五參數應每月進行一次實際水樣比對；每周進行一次標樣核查，浮船站如遇天氣原因無法登船的可延后進行；（6）葉綠素a、藍綠藻密度應每月進行一次多點線性核查。

1.4 水質在線質控儀應用的必要性

隨著越來越多高新技術被應用在環境自動監測中，以在線自動監測儀器設備為核心，運用現代傳感技術、自動分析測量技術、自動控制技術、計算機技術以及相關專用分析軟件和通信網絡、協議組成的綜合性在線自動監測系統，實現了地表水水質在線監測的自動化、信息化[2]。

水質在線質控儀可通過平臺軟件對監測因子（高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮）進行選擇，并對其進行提取、校時、重啟、遠程控制系統進入待機、運行模式、監測參數、加標體積、加標配置體積、數據補采、水樣體積、進/取液量、觸發間隔、觸發時間、清洗、復位等參數的設置，具備遠程系統控制、維護等功能，將人工監測與自動在線監測技術有機結合，對提升水質自動監測質量控制能力、監測數據質量、質控措施自動化水平有著重要意義。

2 水質在線質控儀在地表水水質自動監測中的應用

單臺質控儀最多可同時支持4個不同監測因子的質控功能，具體包括加標回收功能、零點核查、跨度核查、標樣核查、線性測試樣核查、管路清理、管路填充等功能，具有獨立性、保密性、自動化、動態化和高精度在線化的特點，目前應用于地表水水質自動監測站的監測因子為高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮四個參數。在量程范圍內，水質在線質控儀可自動制備任意濃度的質控樣，實現水質分析儀遠程自動質控和遠程運維監管[3]。

2.1 在質控措施中的應用

為確保在線監測儀器監測到的數據能夠準確反映水質的真實狀況，保證數據真實有效，相關人員應每天對儀器設備進行零點核查、跨度核查、零點24小時漂移核查和跨度24小時漂移核查；每月對水質進行月質控、多點線性、集成干預、水樣加標回收等質控工作。其中多點線性是依次測試并均勻覆蓋跨度范圍內的4個濃度的標準溶液，根據測試結果進行線性擬合，是判斷水質自動分析儀可靠性的有力措施。

（1）加標回收功能：通過工控機觸發命令后，水質在線質控儀選擇因子開始配液，水樣管切換到質控儀管路，進入加標池中，同一個周期，既在4小時內可完成同個水樣和加標樣的測定，不會影響下個周期的測定。其中標液濃度和標液體積可進行設置，采用高精度注射泵計量標液，標液的加入量控制在水樣總體積的1%以內，避免了標液對水樣的測量影響；同時系統可根據實際水樣的測量結果智能調整標液的加入量，確保加標回收率測試過程與實驗室保持一致。（2）動態質控樣功能：通過工控機觸發命令后，水質在線質控儀開始配液，水樣管切換到質控儀管路，進入加標池中，可按照儀器的設定模式運行，應用于不同濃度標液的配制工作。（3）水樣核查功能：通過工控機觸發命令后，水質在線質控儀管路連接，核查模塊管路連接，核查模塊與監測儀管路連接，中間通過多通閥進行管路切換，應用于零點核查、跨度核查、標液核查、多點線性核查、動態質控樣核查等。

2.2 在遠程操控中的應用

與傳統人工監測相比，水質在線質控儀無需人員現場值守，通過平臺遠程軟件操作實現全程自動化，具有標液現用現配，現用現測的優勢。（1）質控核查功能：工作人員可遠程操作零點核查、跨度核查、標樣核查、多點線性核查、水樣加標回收等設置，完成質控要求。（2）遠程校準儀器功能：如儀器出現故障，工作人員可遠程操作水質質控儀，完成基本的標液配置功能。（3）異常核實功能：如出現異常情況，儀器設備可自動識別。根據異常數據情況，儀器設備可及時響應，動態配置標液，核實儀器是否處于失控狀態，及時完成自動監測系統的異常核實工作；具備智能液位檢測系統，缺液時儀表會進行告警；具備上電自檢和斷電保護等功能。（4）遠程操作功能：如受新冠疫情多點散發與局部聚集性疫情等不可抗力的因素影響，運維質控工作難以正常開展，運維人員無法進入站點進行日常維護等工作時，運維人員可通過平臺遠程操作軟件，完成水質自動監測站站點零點核查數據、跨度核查數據、多點線性核查數據、加標核查數據、數據補采等質控工作。

2.3 在質控管理中的應用

在人工監測中，人工監測的原始記錄與環境監測資料檔案的完善性密不可分，在線監測的運行記錄也為在線質控技術的應用奠定了重要基礎。（1）質控運行記錄：工作人員可通過平臺界面查看水質質控儀以往的質控運行記錄，包括何時啟動了何種質控功能（零點核查、跨度核查、標樣核查和加標回收）等；水質質控儀告警記錄均可以在該界面下查詢，告警的類型主要包括“缺水樣”、“通訊異常”、“注射泵異常”和“多通閥異常”等故障，做到全過程留痕。（2）質控記錄查詢：查詢質控全程記錄可通過開始時間和結束時間進行對應的查詢，包括在線自動監測系統的應用、回放、追溯、存儲等，如查看反控操作日志等。系統定期對相關儀器運行記錄進行備份和保存，保證資料檔案的完整性，必要時可以刻錄光盤存檔，以備查看。

2.4 在監控系統平臺中的應用

在線監控系統有水質自動監測站儀器工況查詢功能，可通過工況模擬組態圖對現場儀器設備運行進行實時監控，通過圖形、顯示數據、狀態圖等提供儀器的實時狀況。其中在線系統“遠程控制”可顯示各個監測儀器的監控參數，為相關儀器設備的管理提供依據。

3 結語

綜上所述，要更大程度上發揮水質質控儀在地表水水質自動監測中的應用，相關人員可增加其功能設置。（1）補充純水功能：水質質控儀通過實驗室專用純水機與自來水管連接；對于沒有自來水的站點，可與存水器連接。通過平臺觸發方式控制取水、用水，可補充在線監測儀器設備純水的使用（如高錳酸鹽指數儀器設備應用純水量較大，更換純水頻率快等）、質控儀的清潔、管路清洗等質控措施，這些應用可以使質控儀在因不可抗力等因素導致運維人員無法到現場時，依舊能發揮積極作用。（2）標樣/標液配制功能：運維人員將有證標樣/標液放在水質質控儀配置的標樣/標液自動進樣器中，標樣按照證書配制要求進行稀釋或標液按照所需濃度進行稀釋，通過水質質控儀自動進樣器對純水及標樣/標液進樣量進行參數設置（可通過平臺端或儀器端進行設置），并進行全自動配制定容，再通過多通閥進入相應的在線儀器設備進行監測，此功能可應用于第三方盲樣考核、客戶方盲樣考核、公司內部質量考核及其他外部考核等，實現配制、定容、監測全自動化、無人化操作，減少因運維人員配液或操作不當等因素引起的誤差。在線監測結果更能真實展現自動監測儀運行狀況，達到人員為輔，水質質控儀全自動化、智能化監測為主的目的。

生態文明建設是關系人民福祉、關乎民族未來的大計，是實現中華民族偉大復興的中國夢的重要內容。隨著經濟的快速發展，水質在線監測技術的應用日益受到重視，這就對地表水水質自動監測提出了更高的要求。監測部門在加強水質自動監測儀器（系統)控制的同時，還應加強對水站運維人員業務、專業知識和技能的培訓，提高運維監測人員的責任心和綜合素質，使其掌握水質自動監測站系統的設備原理和操作技能，在經培訓合格上崗后，能獨立完成水站維護工作，確保水質在線監測儀器的正常、穩定運行。本文著重探討了水質在線質控儀在水質自動監測中應用的必要性，旨在提升水質自動監測的質控水平，為在水質自動監測中提供“真、準、全”的更佳監測數據服務。