在线水质监测系统论文

在线水质监测系统论文（精选9篇）

在线水质监测系统论文 篇1

随着科学技术的快速发展,水质在线自动监测仪器在水环境监测和环境技术管理中发挥着越来越重要的作用。水质在线自动监测仪器测出的是实时污染物数据,避免了传统监测方法从采样点到实验室运输过程中污染物的变化,省掉取样后添加保护剂的麻烦[1]。同时水质在线自动监测仪器带有的RS232 或RS485 接口[2],能够将监测到的数据及时远程传输到上级主管部门,提高了环境监管的速度和力度,对于环境管理来说,是一个新的突破。

目前,我国正在进行环境技术管理体系建设,其中重要的一项就是完善环境的技术评估规程、方法和手段[3]。而水污染防治技术验证评估移动工作站是进行环境技术现场验证测试、实现环境技术评估的重要工具和手段[4]。为了实现水质的在线自动监测和环境技术管理工艺全过程的多点连续水质指标测试,笔者基于PLC,设计了集自动采样、在线水质自动监测与数据处理为一体的在线水质监测系统,并安装于验证评估移动工作站内,以实现环境技术的现场验证和测试评估。

1 在线水质监测系统

验证评估移动工作站针对工业废水和城市生活污水生物处理技术应用现场进行验证测试评估。由于工业废水具有水质参数范围大、含油且含高浓度难降解有机物的特点,依据设计的指标体系[5]、生物处理技术的特征和现有在线监测技术的现状,笔者选择CODCr、氨氮、总磷/总氮和5个参数( 温度、p H值、溶解氧( DO) 、电导率和浊度) 作为在线监测指标。

1. 1 组成

基于PLC的在线水质监测系统采用二级分布式计算机控制系统,对污水处理在线监测进行集中管理和分散控制[6],由采样单元、分析和预处理单元、配水单元、清洗单元、数据采集与PLC控制单元组成。采样单元包括采水装置( 水泵) 、输送管道、供电及安装结构等; 分析和预处理单元包括在线水质分析仪、逆水流过滤器、滤网、位移传感器、电动球阀、集水稀释水箱等设备及其安装结构组件; 配水单元包括溢流瓶、测量池、取样泵及电磁阀等设备; 清洗单元包括清洗水箱、冲洗水泵、电磁阀和安装结构组件; 数据采集与PLC控制单元主要由工控机、PLC、传感器、执行器件、线路保护器和基站的相关软件组成。系统各仪器设备的安装布置如图1 所示。

1. 2 工作原理

基于PLC的在线水质自动监测系统的工作原理如图2 所示。采样单元将被测水由工艺现场泵送入集水箱,经配水单元进入预处理单元对水样处理后,进入各水质分析仪的测量池( 或溢流瓶) ,分析单元将分配来的水样按国标进行化学分析,将分析结果通过RS485 传输给数据采集单元进行处理保存。控制单元由PLC和工控机进行控制,并通过清洗单元对预处理和配水单元进行清洗反冲,保证预处理单元和配水单元的长期稳定运行,降低水样的失真率。

1. 3 采样单元

采样单元是后续分析测试系统温度运行的保障和基础。实际废水类型多样且成分复杂,移动工作站在采样过程中通常需要进行长距离输送,且要进行多点采样,这对输送管道和采样水泵的要求都比较高。选择合适的泵型以及合理的管路设计,以实现废水长距离( 300 ~ 500m) 输送,对采样单元的设计成功至关重要。通过实验对不同的采样方式进行了对比。为获得方便简洁的采样单元,设计了两种取样单元方案: 一是采用一台自吸泵,通过4 个阀门与4 条进水管路相连,构成可连续对4 点采样的单元; 二是采用4 台采样水泵分别与4 条进水管路相连,组成可对4 点连续采样的单元。

通过对比发现,方案一相对简单易行,但当采样距离大于50m时,由于管路密封及摩擦力等原因,使得自吸泵吸取到水样的时间增长( 约10min) ,且吸取到的水样量少,内部泡沫较多,影响了水样的预处理和水质指标的监测,因此该方案不适合水样的长距离输送; 方案二需要的采样水泵较多,且需分别设置电源线路和输送管路,但采样距离受限较小( 200m以上) ,采样时间较快,废水长期在管道中运行,不易产生如淤泥淤积及沉淀物结晶等堵塞问题,因此最终选择方案二设计在线水质监测系统的采样单元。

1. 4 分析单元

1. 4. 1 在线仪器选择

为了保证验证测试数据的准确性,在线监测指标中的CODCr、氨氮、总磷/总氮采用国家标准分析方法。将原在线分析仪器与自控和预处理系统进行有效集成,组成了可准确、高效进行在线分析的在线监测系统。为了更好地达到验证评估移动工作站在线监测系统的要求,对不同品牌的在线监测仪器进行了实地考察,对正在使用中的不同厂家的在线仪器做了对比,考虑到移动工作站的实际情况,最终选择了美国HACH公司生产的CODCr在线分析仪( CODmax型)[5]、氨氮在线分析仪( Amtax compact型) 、总磷/总氮在线分析仪( NPW150 型) 和5 参数分析仪( SC1000) ( p H电极PD1RI、温度可由p H探头内置温度传感器进行测量、DO电极5790000、电导率探头D3725E2T、浊度探头LXV423. 99. 10000) 。

1. 4. 2 预处理

实际测试过程中,由于废水中含有大量活性污泥、油类及其他悬浮物等,如不进行预处理,将严重影响在线仪器的测试,甚至造成仪器的损坏,同时也影响水质成分的分析。因此在进行废水水质分析前,需对废水进行合理的预处理[5]。通过反复对比现有的预处理系统,考察各种预处理设备的优、缺点,在原有设备的基础上,通过改造设计了能为验证评估移动工作站在线监测分析仪器提供满足要求水样的预处理系统,具体如下:

a. 氨氮在线监测仪水样预处理装置。由于氨氮在线监测仪采用纳氏比色法进行分析测试,在样品分析前,需对水样中的悬浮物进行有效过滤,因此在设计中不仅采用了可去除水样中泥沙等大颗粒物质的逆水流过滤器,同时也采用了精密过滤器( 可根据废水水质特点更换不同目数的滤网) 。

b. CODCr在线监测仪水样预处理装置。由于水样中的悬浮物是CODCr的重要组成部分,因此在进行水样预处理时,该部分不能被去除。然而在实验室分析CODCr时一般需将水样静置一段时间,以去除水样中的大块不均匀物质及泥沙等。基于此,在设计CODCr在线监测仪水样预处理装置时,采用了Y型过滤器替代氨氮在线监测仪水样预处理装置中的精密过滤器,这不仅可以有效过滤大块不均匀物质,而且不易堵塞。

c. 总磷/ 总氮在线监测仪水样预处理装置。在进行总磷/总氮分析测试时,需对水样进行充分搅拌以保证水样的均匀性。在该预处理装置中设计的逆水流过滤器虽可去除较大的颗粒物和泥沙,但对大块不均匀且密度较低的物质( 如活性污泥及絮凝物等) 难以去除。基于总磷/总氮国标分析法原理,在水样经过逆水流过滤器后,设计有膜过滤器,既保证不堵塞分析仪的管路,同时也保证了水样的均一性。

1. 5 PLC控制单元

根据集中操作管理、分散控制的设计思想,将自控系统按分布式结构分为3 层: 中央控制层( 操作站/上位机) 、现场控制层( PLC /下位机) 和现场设备层[7]。现场控制层负责现场仪表的数据采集和现场设备的监控。主要包括研华工控机及数据采集卡等,采用西门子PLC( CPU S7-224CN,控制模块为EM-223CN和EM-231CN) 和RS-485 通信方式。PLC通过以太网与上位机连接,通过Profibus总线与各执行设备互连[8,9]。

按照水污染防治生物处理技术验证评估指标体系和方法的要求[4],针对污水生物处理技术工艺现场的各流程段分别设置取样点并放置取样泵。PLC按照验证评估方法控制工艺现场不同工艺段取样泵的启/停,取样泵依次输送多点水样至在线水质分析仪,在线水质分析仪通过对水样检测分析得出CODCr、氨氮、总磷及总氮等实时数据。工作流程如图3 所示,采集在线水质分析仪得出的水样数据并传输到工控机,由工控机传输至数据存储器的数据库中,完成数据信息的采集工作。数据分析处理装置的后台服务器是SQLServer数据库,接收到数据信息后,根据管理监控单元的指令对其进行分析和计算; 管理者可以在计算机上查阅并分析相关数据。按照指标体系的要求,数据分析处理装置对采集到的水质参数加以处理,得出污水生物处理技术工艺的各项分析评价指标,如不同流量下的水质处理结果对比,不同取样点的同一水质参数变化趋势,同一取样点的不同水质参数显示,以及某一工艺段不同水质参数相对前一个工艺段的处理率等,从而客观地验证评估生物处理技术。

监控画面采用DL Composer编程实现,可以与PLC通信,实现现场设备的自动/手动转换、启/停和设备故障报警。系统设有丰富友好的图形监视界面,主要工艺流程画面以组态模拟显示,提供了简洁实用的中文信息处理,方便值班人员实时监控操作。在满足工艺设备运行的前提下,尽量简化设计并保证了系统的可操作性。

2 运行结果分析

应用笔者设计的在线水质监测系统进行两项环境保护技术的现场验证测试,原水采用城市生活污水,选取原水、中间工艺段1、中间工艺段2和出水4 个取样点进行自动采样分析测试。根据在线水质监测仪器的运行周期,确定每6h为一个周期,每天进行4 次连续监测,在每个周期内完成4 个取样点的水样分析。

经过为期6 个月的验证测试,除去设备故障或客观因素导致没有足够的水样供仪器分析外,共获得测试数据3 780 个,其中384 个数据经过与专业测试公司进行平行样本测试对比,水质指标平均误差率约 ± 10% 。同时。将实验室监测与在线仪器监测到的数据进行比较,数据虽然存在差异,但是监测结果能够保持一定的相关性,而且部分误差基本上能够控制在 ± 10% 以内,这说明使用在线监测仪器对废水水质进行监测,其结果可以很好地反映废水的真实情况[10]。以原水COD的人工测试与在线监测数据对比为例,误差范围在 ± 12% ,结果如图4 所示,经数据处理后的分析结果满足验证评估要求。

3 结束语

笔者设计的在线水质自动监测系统集PLC技术、通信技术、计算机技术、预处理技术和数据库管理技术于一体,采用分散控制、集中管理、综合监控的模式,较准确地验证评估了城市生活污水样本中CODCr、氨氮、总磷及总氮等水质指标的实时数据,能够实时监控设备的运行状态,减轻了现场操作人员的劳动强度,提高了现场验证测试的自动化程度。在某水污染防治技术验证评估移动工作站配置在线水质自动监测系统之后,能够对工业废水和生活污水处理过程进行现场测试,获得可靠又准确的分析数据,为我国水环境技术验证的推广具有积极意义。

在线水质监测系统论文 篇2

广西饮用水源地水质自动在线监测系统的应用分析

介绍了广西饮用水源地水质自动在线监测系统应用情况、监测流程.检测仪器、通信系统、硬件设备和系统软件等,通过对系统的.运行维护管理进行研究分析,对系统的建设和维护提出相关研究改进意见,经过不断总研究,使该系统能更好地为广西饮用水安全提供及时、准确、完整的数据依据.

作 者：魏文达 WEI Wen-da 作者单位：广西水文水资源局,广西,南宁,530023刊 名：水利水文自动化英文刊名：AUTOMATION IN WATER RESOURCES AND HYDROLOGY年，卷(期)：“”(3)分类号：X832关键词：饮用水 水源地 水质 自动监测 在线监测

在线水质监测系统论文 篇3

水质污染自动监测系统 (英文名为WPMS) , 是一项现代高科技技术研究成果, 主要靠网络自动分析、网络信息传感、数据自动测量、操作自动控制、计算机应用程序以及专用的显示器和通信网络设备来对水质进行监测和分析, 以便在水质发生不良变化时能及时采取相应的措施。WPMS是预防的手段, 能预警预报, 为领导决策提供科学依据。

WPMS在水质监测方面起到的作用是不可小觑的, 但是我国对此系统的应用还处在探索时期, 国外对此系统的应用较早, 研究也比较成熟。近些年来, 我国虽然也配备了一些自动检测设备, 但由于技术知识有限, 水质自动化监测装置在制造上已不能满足快速发展监测需要, 而且国内所用的自动化监测系统多为国外进口设备。所以, 自动检测设备以及相应的工艺研究在我国的发展是有很广阔的前景和市场的。

二关于水质在线监测系统的组成

此系统由采样单元、分析测试单元、数据采集与传输单元、监控中心四部分组成。目前, 应用比较多的是水质COD、NH3-N、TOC、TN、TP、DO等在线监测系统。

1. 进行采样。

当前应用广泛的采样方式有自吸泵或潜水泵, 为了在使用之前保证漂浮物不把采样口堵塞, 一般采用10~20目的金属筛网。前者要保证大于正常采样高度的2倍, 则后者在液位变化情况下能正常工作。选择适合的监测仪器, 如COD监测仪器、NH3-N监测仪器和OC监测仪器。

2. 进行数据采集与传输。

为了方便通讯, 通讯协议应全国统一。通常数据采集与传输时采用单片机、可编程控制器或工控机方式, 在此还可以采用遥感器、局域网、卫星定位系统等多种方式。当然, 控制中心尤为重要, 它要对数据的接收、综合及对污染源的分析进行监测。

三水质在线监测系统中的历史发展

我国水质在线监测系统经过十几年的发展, 国内的厂家大概有50家左右, 30家通过了认证。它们在技术上吸收了专利自主产品, 在长时间的发展下, 从半自动化到信息化, 小作坊到支柱产业, 到现在成为大规模的龙头企业。纵眼望去, 它的发展可分为三个阶段。

1. 初期阶段。

1996年, 国家环保局发布的《排污口规范化整治技术要求 (试行) 》中规定:重点整治的排污口应安装流量计, 污水的排污口设置堰口以便能够计量处理量。所以最初的在线监测系统就是简单地在排污口安装流量计和采样器。20世纪末期, 国产水质COD在线监测仪器在我国很多环保事业单位开始得到广泛的青睐, 并在一些重点省份、重点行业开始推广, 这时COD自动检测工艺的研究开始深入。这个时期大多使用的都是重铬酸钾氧化原理的COD在线监测仪器, 这在当时是一种全新的产品, 但此产品受温度、酸碱度的影响大, 稳定性差;市场和管理人员对该工艺缺乏认识, 资金和人力投入少, 设备粗简, 不能形成相应的规模;经济的发展状况也使得水质的在线监测呈现了达多贫少的不均匀分布形式格局。所以这个时期技术的特点表现为:产品较单一、质量不稳定、生产规模小、安装量小等特性。

2. 发展阶段。

经过一个时期的使用和钻研, COD自动在线监测仪技术在各个方面都有了本质性的成熟。国家环境保护总局对该项技术也提出了相应的要求, 环境监测仪器质量监督检验中心还对COD在线监测仪器进行了适用性检测, 不到四十家企业的产品通过了检测。在这个时期, COD自动在线监测产品开始逐渐呈现多样化、生产企业急剧增加、质量逐渐稳定化、市场多元化等可观的前景。这个时候出产了COD、NH3-N、TOC、TN、TP水质五参数等以前有或没有的在线监测仪器;最重要的是设备零件的精密性提高, 带来了产品质量的稳定性提高;企业们看见水质监测技术一步步地逼近市场、开始占据市场、立足市场, 巨大的诱惑引发很多企业的青睐。

3. 信息发展—网络化阶段。

在2006年以后, “污染源减排三大体系能力建设”项目实施后, 凡是COD污染负荷在60%以上的污染源必须安装监测仪器, 并需联网运行, 安装数量增多、运行规范性及专业性增强, 对水质在线监测仪器的发展起到了推动作用。

四水质在线监测系统的技术前沿

1. 重金属在线监测技术。

由于重金属污染有危害性, 对重金属污染进行监控变得日益紧迫, 当前监测仪器基本是靠进口, 其价格昂贵。为了填补国内空白, 一些重金属监测系统在电子工业发达地区已有小规模的安装。但是与国外相比总有些差距, 这方面技术还有待开发。

2. 水质毒性在线监测技术。

监测水质时, 水的毒性监测是必要的。水中的有毒物质包括硫化物、酚、氟、COD、Cl2、重金属等, 发光细菌与不同毒性物质反应表现出不同的效应, 可用驯化后的光杆菌作为毒性的判断指标。

发光细菌监测水质毒性具有简便、灵敏、适应性强、用途广、定性或定量有毒物质精确、准确度好 (误差小于10%) 、速度快、检测范围宽 (包括铬、镉、铜、铅、镍、汞等重金属离子, DDT、有机磷等农药、洗涤剂、溶剂等有机和无机有毒物质) 、检测费用低、适应性强, 操作灵活, 可在现场也可在实验室检测等优点。缺点是我国只有极少代理销售的公司, 没有一个独立生产在线监测水质毒性系统的企业, 所以该系统在我国有很大的发展空间。

3. 生物传感器的应用。

生物分子具有令人难以置信的识别功能, 具有快速、连续在线监测等优点, 不同的待测物质都有着各自对应效果反应的生物分子, 生物分子与待测物反应, 将反应现象转化为电信号的形式表达出来, 以此来分辨待测物质所属物系。现在许多污染监控领域上已经运用了很多生物传感器, 一些发达国家还采用了冷光型的生物传感器。纵观生物传感器的特性可知, 它对水质污染剧毒性物质的监测起到独具一格的作用, 生物传感器将得到更广泛的应用。

4. 荧光法的应用。

荧光法是用320 nm波长、430 nm荧光强度测定有机污染物并能测出水中溶解态有机污染物的方法。其中在260 nm测定DOC的UV有较大的相关性, 灵敏度和精确度都比UV法好。荧光法在当前有很好的应用前景, 并在中国环境监测站已直接使用。当前的代理销售企业有北京的一些器材、科技等公司。

5. 酶联免疫法 (ELISA) 的应用。

生物法中, 当生物分子为酶和抗体时, 可采用酶联免疫法、聚合酶链式反应以及表面胞质团共振检测等。电极、光化学装置及石英等为转换器。具报到生物检测法 (ELISA) 可用二恶英来进行处理。对地表水和饮用水监测以测大肠菌群为主。自动监测不仅可以减少人工的工作强度, 而且与培养法有完全不同的理念, 即为生物、化学发光法。其原理为当前最新发展技术, 对毒性化学检测有以下特点:

(1) 灵敏度高, 用量少即可完成检测;

(2) 选择性好, 方法简单并且速度快;

(3) 能得出污染物对生态影响的直接信息;

(4) 成本低, 且能实现自动化和多样同处理快速测定。

ELISA的水和土壤的检测方法已被我国颁布采用。

五水质在线监测系统的展望

此系统在发展过程中所存在以下问题: (1) 企业规模小且产品集中度低, 没有长远意识使产品没有竞争力。 (2) 不仅在技术方面没有优势, 产品单一, 在质量上也没有保障。 (3) 由于流动资金少, 使发展空间受到了限制。

加强核心技术的研发是国家、排污企业奋斗和生存的竞争武器。在环境监测的多样变化下, 为实现产品多样化和增强企业的竞争力, 应多与高校共同协作研究。设置行业进入门槛时要对仪器和企业进行合作和引导。为了增加支持力度, 要出台相应的优惠政策, 并加快现代化企业的建设。在市场上、销售上、人才上都要有相应的优势和规范。随着环境管理的不断加强、仪器种类的不断增多, 不适应的规范还需进行修订, 如验收周期长、工作量大、低浓度指标等严格问题。

1. 控制产品质量, 执行环境监测仪器认证制度。

在监测管理中, 首先要建立发展规划和技术政策, 确定发展方向, 避免盲从。要通过环境监测仪器的技术水平和质量状况进行适用性检测, 并进行公布。

2. 规范化运营与管理。

在当前, 规范化的运营已是迫在眉睫。对运营单位进行资质认可, 对人员进行持证上岗考核, 环保部出台了管理办法, 并进行了专业化方向转变。

3. 产业发展。

在线水质监测系统论文 篇4

摘要：介绍了城市污水处理厂在线监测系统的主要功能和应用情况,论述了城市污水处理厂水质在线监测系统的`总体结构和软硬件系统,并对在线监测仪与实验室检测数据的对比结果进行了分析.作 者：吴学伟    李洁    林毅  作者单位：吴学伟(广州市市政园林局,广州,510060)

李洁(广州大学,广州,510006)

林毅(广州市城市排水监测站,广州,510010)

在线水质监测系统论文 篇5

集中式养殖水质在线监测模式, 采用一套仪表检测多个池塘水质, 可以明显节省水质监测成本, 现已广泛应用于水产养殖行业。利用水泵抽水输送到传感器所在位置, 水体经过管道运输后, 受水泵和管道影响, 测量结果可能产生明显偏差。陈军等[6]在实验室环境下, 采用不同采样流速和温度, 对常用水质指标影响进行了研究, 但是对于该方法在实际应用过程中可能造成的测量误差却未见有研究报道。为探究误差产生的原因和规律, 本文以内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗渔场为实验基地, 研究在不同采样距离、不同设备运行时间下对常用水质监测指标造成额外误差的影响。

1 材料与方法

(1) 水质传感器:集中式采样传感器采用梅特勒在线监测单参数仪表;对比传感器采用AP2000多参数水质传感器 (表1) 。检测指标包括p H、氧化还原电位 (ORP) 、温度 (T) 、溶氧 (DO) 。仪表使用前全部进行重新标定, 标定在误差许可范围内。

(2) 试验装置:选择内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗渔场中的1个养殖池塘 (长150 m, 宽90 m) , 集中式采样, 采用4个300 W自吸泵分别抽取池塘水样, 取样深度30 cm, 水样经管道输送到集中式水质监测装置, 并自动排出。对比采样方式是将4个集中式水质传感器直接置于水体中水泵采样点旁边。

(3) 试验时间:30 d。

(4) 试验方法:将集中式采样柜安置到如图1所示位置。设置4个距离梯度, 起始距离为5 m, 以40 m为一个距离间隔, 分别在5 m、45 m、85 m和125 m处安置水泵, 每个水泵单独配备1套管路。以系统安装调试成功后第1次正式运行采集的水质数据为样本, 分析取样距离对水质参数的影响;以每天13:00为对比试验点, 统计30 d内对比试验点的水质情况, 分析不同取样距离在系统连续运行时对水质参数的影响。

2 结果与分析

考虑到对比采样传感器的精度和检测条件远比集中采样方式可靠, 将对比采样方式检测的结果作为每一个特定条件下的标准值, 集中采样方式的结果与其的差值除以标准值作为相对误差。

2.1 取样距离对检测结果的影响

如表2所示, DO的最大误差为2 mg/L, 最大相对误差为2.5%, 相对误差较小, 但随着取样距离的增加, 最大误差和相对误差都变大, 且都为正偏差;温度最大误差为0.6℃, 最大相对误差为2.3%, 相对误差较小;温度和DO随距离增加的变化趋势一致, 且都为正偏差;p H最大误差为0.1, 最大相对误差为1.2%, 误差值相对较小, 且测量距离变化对其影响较小;ORP最大误差为20m V, 最大相对误差为14.7%, 相对其正常波动范围误差随距离变化影响趋势不明显。

2.2 取样时间对检测结果的影响

DO在5~85 m的取样距离内, 其测量值随测量时间的增加变化不明显, 但在取样距离为125 m时, 随取样时间的增加, 测量误差逐渐变大, 从第14天到第20天测量误差变化剧烈, 以后几天误差基本保持恒定值, 最大误差为4.6 mg/L, 测量结果完全失真, 且都为正偏差 (图2) 。温度随检测时间的增加, 其误差值基本稳定, 不随检测时间的增加而变化 (图3) 。p H基本稳定, 测量结果不受管道长度和设备运行时间的影响 (图4) 。ORP与DO变化趋势类似, 在5~85 m的取样距离内变化不明显, 在取样距离为125 m时, 随取样时间的增加, 测量误差逐渐变大, 没有明显剧烈的变化, 到达最大误差为120 m V时, 测量误差基本稳定 (图5) 。

3 分析与讨论

3.1 对p H的影响

两种采样方式测得的p H在不同采样距离和不同采样时间基本一致, 在传感器正常波动范围内。证明集中式采样方式对于p H的检测结果没有实质性影响, 原因可能是环境温度和水流条件的变化在较短时间内很难对该参数产生影响, 该类指标的检测可以比较放心地使用间接采样方式。

3.2 对温度的影响

集中式采样方式测得的温度值始终高于对比采样方式的测得值, 且温度误差范围随距离变化基本固定, 随着测量距离的增加, 水温与环境温度差值逐渐变小, 其原因可能是环境温度对检测结果有明显影响。上述试验结果证明集中式采样方式对于温度的监测结果有一定影响, 影响程度和管道长度关系密切, 这与陈军等[6]试验结果基本一致。原因是环境温度和水温的温度差导致水样在运输过程中发生温度变化, 但整体差值比较稳定, 便于使用软件进行修正。

3.3 对ORP的影响

陈军等[6]根据在实验室环境下获得的实验数据, 指出流速和环境温度对ORP影响比较小。而本试验证明, 集中式采样方式对于ORP测量结果有明显影响, 其影响程度与管道长度以及采样时间关系密切。原因可能是当取样距离过长时, 管道内水体流速下降, 生物膜或者厌氧细菌等耗氧生物滋生, 消耗管道内氧气, 使水体中正负离子发生剧烈变化。当取样管道长度<85 m时, 集中式采样方式对于ORP的检测结果没有实质性影响, 而在125 m处受取样时间增加的影响明显。因此, 集中式采样方式在设计时要充分考虑水泵功率和管道长度之间的关系, 尽量减少管路内耗氧生物的滋生。在此基础上, 该类指标的检测可以比较放心地使用间接采样方式。

3.4 对DO的影响

集中式采样方式对DO的测量结果影响显著, 特别在125 m处受取样时间增加的影响明显, 主要影响因子为温度、管道长度和采样时长。原因可能是当取样距离过长时, 管道内水体流速下降, 生物膜或者厌氧细菌等耗氧生物滋生, 大量消耗管道内氧气。由于光学溶氧测定时需要根据温度修订测量值, 温度变化对溶氧的测定值影响显著。因此, 实际使用时要充分考虑水泵功率和管道长度之间的关系, 尽量减少管路内耗氧生物的滋生。在此基础上, 通过修订温度变化就可对溶氧测量值进行修正。

4 结论

采用集中式水质在线监测系统监测水质, 其实际要求是在保证水质检测精度在误差允许范围内, 能够准确反映养殖水质情况的变化趋势。试验结果表明, 取样管道长度和设备连续运行时间是影响集中式养殖水质在线监测系统测量精度的两个重要因素。以水泵功率为300 W为基准功率, 当采样距离为125 m, DO和ORP的测量数据偏差达到4.6 mg/L和120 m V, 对测量结果产生本质影响, 而在80 m左右的测量距离下, 各项测量指标偏差在误差允许范围内。因此, 当水泵功率为300 W时, 最佳采样距离不要超过80 m。本研究结论将为集中式水质监测系统设计有效地控制误差及科学地进行水质检测提供参考。

参考文献

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在线水质监测系统论文 篇6

近年来, 随着我国社会经济的不断发展, 以及城市规模的扩大, 越来越多的有毒、有害物质被排放到河流、湖泊、海洋中, 严重危及到人们的饮水安全和身体健康。据我国水质监督部门统计:目前, 国内在不同水域中发现的有毒、有害化学物质已经超过50万种, 与人们生存质量息息相关的自然水质遭受了严重的破坏。在我国传统的水质监测工作中, 所采用的水质采样方法多为人工现场取样, 并且通过实验室的仪器、设备分析等方法对区域水质状况进行检测, 这样不但增加了人力、物力的投入, 而且增加了相关实验室和工作人员的工作量, 不利于现代水质监测工作的科学发展。同时, 采取人工采样和实验室分析等手段, 还存在采样误差大、监测频次低、监测数据分散等弊端, 难以准确反映区域水质的实际污染和变化状况, 对于水质管理部门开展相关防治工作也是极其不利的。

为了有效解决传统水质采样和监测的问题, 国内现在主要使用无人自动测量船进行水质采样和在线监测, 其适用于较大面积的河流、湖泊或海洋局部区域的样品采集和在线监测。无人自动测量船的广泛应用, 有利于促进水利保护工作的有序开展, 而且是我国现代环境监控体系构建的重要基础。

一、无人自动测量船的主要功能与特点

目前, 在我国的水质采样工作, 以及在线监测系统的构建中, 无人自动测量船得到了广泛的应用。与传统的水质采样和监测手段相比, 无人自动测量船的主要功能与特点主要表现在以下几个方面:

1、无人自动测量船使用无线电技术遥控和测量船的实际航行情况, 并且利用较为先进的GPS及时进行定位和布点。无人自动测量船的测量范围较广, 主要包括:水深、水温、p H值和水流速度等, 也可进行具体的水质测量工作。

2、无人自动测量船可以同时采集32个采样点水深, 25个采样点的水温、p H值, 8个采样点的水流速度, 这是传统水质检测手段所无法实现的。在完成水深、水温、p H值和水流速度等测量工作后, 所获取的各类信息和数据可以自动保存在测量船的计算机系统中, 以方便技术人员及时进行查询。

3、无人自动测量船采集的水样具有时空或区域代表性的特点, 在水质采样中严格执行了国家水质监督部门颁布的《地表水和污水监测技术规范》、《水质湖泊和水库采样技术指导》等技术规范中的具体要求, 而且避免了人工水质采样中有可能出现在涉水危险性。

二、无人自动测量船水质采样的注意事项

在应用无人自动测量船进行水质采样时, 为了保证工作的实际效率和质量, 必须注意相关技术问题, 否则有可能导致水质采样过程中出现数据不实、信息不全等问题。在无人自动测量船的水质采样中, 注意事项主要为以下几点:

1、应用无人自动测量船进行水质采样时, 应尽量避开雨、雪、大风等恶劣天气状况, 否则难以保证所采集样品的代表性。在进行水质采样时, 无人自动测量船所选取的横向、垂向断面点位的数目、位置等必须保持准确, 而且要坚持“先水面, 后底质”的采样流程, 避免在水质采样中出现剧烈搅动水体的现象。

2、由于无人自动测量船的容积有限, 在进行较大水域的水质采样时, 如果难以在一次完成全部采样工作, 可以将前期采集的水质样品进行分装和密封, 保存在专业的实验室中。在对样品进行BOD、DO、细菌指标、硫化物、油类等项目的测量时, 应考虑到分析样品的实际用量和测量次数, 以保证测量结果的准确性、可靠性。

三、无人自动测量船在线监测系统的作用

在国内水质在线监测系统的构建中, 无人自动测量船的应用具有积极的推动作用, 而且是保证水质监测和保护工作全面开展的重要基础。

1、减少比对监测的工作量

根据我国现行的水质监测和环境保护法律、法规, 各地区水质监管部门必须保持每季度对所管辖的水域进行一次对比监测, 这也是保证水质在线监测系统科学构建的信息基础。无人自动测量船的应用有效缓解了各区域水样比对监测工作的压力, 工作人员仅需按照规范操作流程设定采样频次, 就可以完成相关水质采样工作。使用无人自动测量船进行水质比对检测时, 整个过程无需人工值守, 不但提高了工作效率、而且减小了人工劳动强度。

2、为污染事故监测提供完整的资料

无人自动测量船采集的水质样品, 不仅可以用于氨氮值、COD的测量, 而且可以对重金属、有毒、有害的化学物质进行检测。一旦某一区域发生严重的水质污染事故时, 可以根据应用无人自动测量船构建的在线监测系统分析事故的类型、发源地、起因、危害程度等, 为污染事故监测提供完整的资料。

无人自动测量船的广泛应用为水质采样工作和在线监测系统的构建提供了必要的条件, 促使水质采样与监测工作由传统的固定点向可移动的多点方向发展, 这是我国水质监测和保护工作发展的重要标志之一。同时, 随着现代电子计算机和自动化技术的不断创新, 无人自动测量船也将向通用化、网络化、集成化的方向全面发展。

参考文献

[1]万本太、蒋火华:《论中国环境监测发展战略》, 《中国环境监测》, 2005, 21 (1) :61-63。

[2]刘青松:《环境监测》, 中国环境科学出版社, 2003:156-178。

在线水质监测系统论文 篇7

1 数据传输系统的建设

对于以往的环境在线仪器来说, 很大一部分都是需要有专人到现场进行数据的抄写, 这样一来, 不仅浪费了大量的时间, 而且还在无形中导致在线仪器的自动传输功能丧失, 这种在线仪器已经不能够满足现在对环境进行监测的需求, 而随着科学技术的不断进步, 尤其是网络技术的不断更新与换代, 我国的水质环境在线监测系统也得到了不断地进步与发展, 尤其是数据传输系统的建设, 更是得到了空前的发展空间。就目前的数据传输方式而言, 主要就有电话线、局域网、GPRS网络以及手机短信等等一些传输方式, 而对于这些在线传输方式来说, 它们还有一些主要的特点, 第一就是对于电话线来说的, 其主要采用的是拨号采集信号, 这种方式存在的不足之处就是有一定的麻烦, 所以对于现在来说, 一般很少采用;第二就是对于手机短信来说的, 这种方式主要是采用手机进行短信传输, 但这种方式也存在有不足之处, 那就是采用手机进行信息传输时有一定的局限性, 每次传递的信息内容都有限制, 而且还要是在有信号的地点进行安装, 否则是不能够进行完整的信息传输;第三就是对于GPRS网络来说的, 其主要采用的是利用无线网进行传输, 这种方式进行传输也有一些主要的特点, 比如说在一次性投入时, 以及维护还有系统升级时, 这些投入在消耗费用方面会占有一定的优势, 但有一点是必须要有的, 那就是安装之前必须要确定有手机信号;第四就是局域网的传输, 这种传输方式的特点主要就是传输具有一定的稳定性, 而且在升级方面也比较方便, 但是有一点, 就是其基础费用在投入时比较高, 所以这种传输方式一般情况下还是比较适合已经有基础设施的地点, 这样相对来说还能够节省一部分的资金投入。

对于数据传输方式来说, 首先就要以实际情况为基础, 并选择好最有效、最实用的传输方式, 这样才能够最大限度的保证数据传输的最佳效果。传输方式确定之后, 紧接着要做的就是对监测子站进行确定, 对于监测子站来说, 在不同的污点处是需要很多的监测子站, 而对于监测子站来说, 一次可以传输16个甚至更多的数据, 所以说, 对于布置监测子站来来, 一般多会采用就近原则, 通俗的来讲, 也就是尽可能的把几个距离较近的排污点都布置在一个监测子站附近, 然后再通过泵的帮助, 把排污点的水引入到监测子站进行监测, 而对于排污点到子站的距离既不能太远, 也不能太近, 否则都会影响到子站监测的准确性, 因此, 这两者之间的距离最好能够在120m之内。下图1是模拟建设好的监测子站作出的简图, 这种传输方式需要提前确定好, 然后再把各子站和中心站都与网络进行连接, 中心站的作用就是在网上进行数据的发布, 对于授权的用户来说, 只要能够在有信号的接入到网络, 就可以对一些数据随时进行查找, 极大地方便了授权的用户。

2 水质环境在线监测仪器的安装

对于已经建设好的数据传输系统来说, 如果没有在线监测仪器为其提供数据, 就说明这个系统还没有全部完成。对于水质在线监测系统来说, 要想更好地在工业生产中应用, 如果没有各类在线监测仪器的帮助是不能够算是完善的, 所以说, 对于水质环境在线监测仪系统的正常运行来说, 如何选择仪器也是至关重要的。

2.1 对于仪器的选型

对于在线监测仪器的选型方面来说, 目前为止, 经常会用到的在线监测仪器主要有PH计、流量计、COD以及氨氮等等, 这些仪器不仅有国产的, 也有一部分的进口的, 要想能够更好的对仪器进行选择, 首先就要对仪器的性能以及作用进行了解, 然后再对其进行选择, 在选择时也要注意好一些细节, 比如说在线仪器在测量时是否准确, 仪器的稳定性如何, 还有就是仪器在运行过程中所需的费用, 以及仪器的型号是否太多等等一些问题, 这些都是需要特别注意的, 以免在日后的运行过程中出现不必要的问题。

2.2 对于在线取样系统的建设

对于水质环境在线监测系统在工业生产中的应用来讲, 一般只要应用过在线仪器的都知道, 这种仪器很难能够实现长周期的运行, 如果需要进行长周期的运行, 首先就需要有大量的人力作为基础, 虽然说这种仪器称为是自动在线监测仪器, 但其实际的作用却并不是如此, 那又为何会出现这种情况呢?经过实验发现, 产生这种现象主要是因为以下几点原因。一是因为监测点的水位变化大, 再者就是杂质比较多, 这很容易造成泵头堵塞, 再者来说, 只要有一次不能够取得足够的水, 就需要有专人对其进行清理, 必要时还要对于进行重新灌引水;二是因为有一部分仪器需要一天二十四个小时都要运行, 尤其是一些进口的仪器, 这样的仪器一方面能够更好的为监测工作做好准备, 但另一方面来说, 这种仪器消耗会比一般的仪器要多得多, 而且系统对泵的要求也比较高, 再加上有一些监测点自身的情况比较复杂, 所以在运行过程中很可能会造成取不到水的情况发生, 因此, 这会直接导致很大一部分的泵烧坏, 进而影响正常的运行。

针对这种现象, 有不少的公司也对其进行了解决方案的商讨, 最后经过了一系列的实践之后, 也设计出了一套比较合适的取样系统, 下图2就是主要的流程图。这种仪器在启动前自控阀会自动启动, 也就是下图中的A, 这时的自控阀B是处于关闭状态的, 当自来水流进取样系统的前边时, 这时的泵头部分流出, 主要作用就是起到反洗泵头、以及自动灌引水, 而当自动阀A处于关闭状态时, 这时的自控阀B以及泵是处于启动状态的, 当水流经滤池, 经过滤后流入到取样池时, 这时的自控阀B以及泵是处于关闭状态的, 也就是不运行, 这时候的在线仪器就可以做样, 然后再经过这样的循环。对于一部分COD仪器来说, 当其运行的时间过长时, COD的数据值就会出现明显的偏差, 与真实值差别很大, 所以说, 只有当取样头进行清洗之后, 做出的数据值才能够达到正常值的水平。之所以要采用这套取样系统, 主要是因为由于采样头会长期在水里边进行取样, 但因为产生废水的成分比较多, 所以很容易在取样头周围形成一层致密的膜, 而这套系统正好可以对取样头进行反冲洗, 然后把那层膜冲洗掉, 同时这也能够很好地解决COD分析结果不准确的现象。

3 结束语

针对于水质环境在线监测系统来说, 不仅能够实现监测的自动化, 还能够实现对水污染的预警, 这对于减少水质污染来说有很重要的作用, 再者来说, 我国的环境在线监测系统在近些年来也得到了不断地发展与完善, 到目前为止, 也已经形成了一套较为完善网络监测系统, 这对于水质排污来说是一项很好的监测手段, 而且它还是现代化水质环境保护不可缺少的一项措施。

摘要：随着现代科学技术的不断进步与发展, 水质环境在线监测系统在工业生产中的应用也越来越广泛, 对于水质在线监测系统自身来说, 本身就属于集自动化、科学化以及信息化于一体的现代监管模式, 所以说, 这对于现代环境在线监测系统的建设来说, 本身就具有很重要借鉴性意义。文章主要就环境在线监测系统以及其传输方式, 还有取样系统的建设进行详解。

关键词：水质环境,在线监测系统,工业生产,应用

参考文献

[1]罗杰, 严宇春.GSM网络在环境监测系统中的应用研究[J].环境研究与监测, 2010 (1) .

城镇供水水质在线监测现状研究 篇8

1 城镇供水水质在线监测系统的组成部分

水质在线监测系统主要是由四个部门组成即监控中心、采集和传输数据的单元、分析测试单元、采样单元等[1]。当前使用的比较频繁的在线监测系统主要包括UV、五参数、TP、TN、TOC、NH3-N、COD等。

1.1 在线监测系统

首先是监控中心。监控中心能够发挥的主要作用就是对各种污染源的监测数据进行接收、汇总以及统计等。其次是采集和传输数据的单元。采集和传输数据的这种单元一般采用的是单片机、工控机或者是可编程控制器的方式, 不管是哪种方式, 通讯协议都是全国统一的, 这有助于便于仪器连接通讯。在传输数据的时候可以使用无线电台、局域网、GSM、GPRS、电话线等多样化的方式。最后是采样单元。目前采样的主要方式是潜水泵或者是自吸泵。

1.2 在线监测仪器

首先是TOC在线监测仪器。根据不同的原理, 可以把TOC在线监测仪器使用的方法分为电导法、紫外催化氧化—红外吸收法以及燃烧氧化—红外吸收法等。其次是NH3-N在线监测仪器。这种仪器的使用方法主要包括电导法、氨气敏电极法、铵离子选择电极法、比色法、滴定法等。最后是COD在线监测仪器。按照不同的氧化方式, 可以把这种仪器分为重铬酸钾氧化和非重铬酸钾氧化两种方式。

2 城镇供水水质在线监测呈现的现状

城镇供水水质在线监测系统当前呈现出来的现状主要表现为:第一, 产品没有较高的集中度, 企业规模不大, 没有形成长远利益的共识, 竞争出现无序性;第二, 产品种类比较单一, 高新技术含量不高, 功能存在着严重的趋同化现象, 难以维持稳定的质量;第三, 没有制定产业规章制度, 企业进出条件要求不高;第四, 缺乏资金, 导致发展受到了限制。我国的连续自动监测产业同国外的连续自动监测产业相比较而言, 目前还不够发达。以上这些问题的存在都将在很大程度上限制我国水质在线监测的有效进行, 所以必须采取相关的措施有效地将这些问题解决。

3 改善城镇供水水质在线监测的措施

3.1 加强研究核心技术

为了能够改善城镇供水水质在线监测的现状, 连续自动监测企业必须要和相关的研究部门或者是高校加强合作, 增加产品的技术含量, 使产品种类变得更加丰富, 丰富产品的功能, 从而促使企业的竞争实力得以增强, 这样才能够符合环境管理和环境监测发展的需要。

3.2 加强企业间的合作

城镇的相关政府部门除了要对提高行业进入门槛, 还应该积极引导连续自动监测企业进行企业兼并与合作;加大对重点企业的支持力度, 出台一些减免税收的优惠政策;促使仪器生产实现规模化, 尽快将现代化企业制度建立起来, 将一些家族式管理模式或者是作坊式生产模式加以淘汰[2], 从而促使产品质量的稳定性得到保证。企业间的合作除了在共同开发技术方面有所表现, 更多的还是表现为培训技术人员、配合维护销售和运营、开拓市场等方面。当然企业间的兼并也不仅表现为大企业吞掉小企业上, 而更多的表现为企业之间的优势互补上。

3.3 优化产品的质量

为了使产品质量得到优化, 应该加大监督管理环境监测仪器的力度, 适时对环境监测的发展规划加以完善, 明确水质在线监测系统的发展方向, 对水质在线监测系统的健康发展加以规范并提供科学指导[3], 以防企业在对水质进行在线监测上出现盲从现象。要接受中国水质监测总站对城镇水质在线监测仪器的质量状况和技术水平进行适用性检测, 并且要将检测结果公布给社会广大群众。

3.4 规范运营和管理方式

水质在线监测系统的管理和运营能够有效保障在线监测工作的正常进行, 所以, 必须要使在线监测系统的运营变得具有规范性。环境保护相关部门应该对运营单位开展资质认可行动, 对相关的运营人员要展开持证上岗的考核, 促使水质在线监测系统逐步变得规范化。这样才能促进城镇供水水质在线监测工作的有序进行。

4 结语

对于城镇居民来说, 水是他们赖以生存的基础物质, 然而, 当前水污染事件接二连三的出现, 无疑已经对人们的日常饮水形成了威胁, 所以必须加强对城镇供水水质在线监测的力度, 只有这样, 才能够让人们继续放心的使用水资源。

摘要：水污染事件在我国的发生频率的是比较高的, 我国的城镇也因此而面临着严峻的饮水问题。基于此, 本文将主要研究城镇供水水质在线检测的发展现状, 并就其不足之处提出相应的解决措施。

关键词：水污染,城镇供水水质,在线监测系统,发展现状,解决措施

参考文献

[1]张江龙.在线水质自动监测系统的基本构成与功能[J].厦门科技, 2011, 3.

[2]但德忠.我国环境监测技术的现状与发展[J].中国测试技术, 2010, 31 (5) :1-5.

在线水质监测系统论文 篇9

上海市黄浦江吴淞口位于长江、黄浦江和蕰藻浜的交汇点,江面宽约800 m,是上海“百年开埠”的起点,是具有深厚历史文化底蕴的地区。它江面宽阔,航道较深,流速平缓,潮差不大,常年不冻,四季通航,江底泥土细软,便于船只抛锚停泊。吴淞口两岸地势平坦,离海口有一定距离,可作为船舶避风港,具有发展航运事业比较理想的条件,是上海市濒江临海重要的水陆门户。

吴淞口受东海潮波的影响,又是黄浦江泄洪的主要通道,它兼有河海2种水文情势的特点,水文现象及其变化比较复杂。每潮平均进潮量为0.58亿m3,最大涨潮流量为12 100 m3/s,相当于黄浦江本身径流量的15~16倍。一般大汛涨潮流速1.34 m3/s,落潮1.1 m3/s;小汛涨潮流速0.67 m3/s,落潮0.93 m3/s;最大涨潮流速1.81 m3/s,最大落潮流速1.51 m3/s。最高潮位5.74 m,最低潮位- 0.25 m,多年平均高潮位3.26 m,多年平均低潮位1.03 m,多年平均潮位差为2.28 m,最大潮位差4.48 m,最小潮位差仅0.02 m。受潮汐和来往船只影响,水动力较大,含沙量随时间变化有所不同,大潮汛涨潮最大含沙量1.426 kg/m3,落潮最大含沙量1.053 kg/m3,多年平均含沙量0.263 kg/m3,泥沙粒径为0.013~0.028 mm。

吴淞口年平均水质综合评价类别为Ⅳ~劣Ⅴ类,涨潮水质好于落潮水质,影响水质的主要项目为总磷、氨氮。

咸潮入侵变化受长江径流的控制。在丰水期7、8月份长江大通站多年平均流量在47 000 m3/s左右,入海淡水量充沛,口内盐度低;在枯水期长江月平均流量在10 800 m3/s左右,入海淡水量缩小4倍多,咸潮入侵加剧,口内盐度最大可达到3‰~9‰,全年最大盐度一般出现在1~3月份。

上海市水文总站黄浦江吴淞口水文站建造于1997年,位于黄浦江西岸弯道,吴淞客运中心与东海舰队之间的车客渡码头上,离上游蕴藻浜河口约2 km,离下游吴淞口导堤末端约2.5 km,基本顺直断面2 km,断面位置呈C字型。其主要功能是监测吴淞口涨落潮进出的水量水质,监测河口泥沙冲淤变化及河床演变趋势,监测咸潮入侵规律及对上中游的影响,全面掌握周边的水情、水质时空变化。

1原水质在线监测系统不足之处

位于吴淞口水文站的水质在线自动监测系统于2002年12月开始建设,水质监测参数共8项:水温、浊度、电导率、p H、溶解氧、磷酸盐、氯离子和氨氮,于2003年安装调试验收,并于同年投入运行。由于水文特点和当时系统集成技术的限制,该在线自动监测系统在运行中遇到以下几个问题:

1)水样采集未充分考虑潮汐河道特点。

黄浦江属于感潮河道,高低水位差值可以达到2~3 m。原先考虑为保证抽到水样,采用在最低水位以下0.5 m处固定抽水的模式,不能满足国家标准规定的取水面下0.5 m处水样的要求,且由于取水口离河底较近,大多时间抽取是底部含沙量较大的水体。在低水位时,有时抽不到水,使水泵无功空转,有时抽取上来的是混浊的泥浆,造成蓄水池淤塞,且容易抽取水中细小的杂物等,导致水泵经常损坏。

2)监测参数及测定方法未充分考虑水域特殊性。

原监测参数为温度、溶解氧、浊度、p H、电导率等5参数及氨氮、氯离子、磷酸盐等8项。监测氯离子是考虑到涨潮时对黄浦江的咸潮入侵,采用离子电极法;氨氮是主要监控黄浦江涨落潮时含量变化,监测方法也采用离子电极法。这2个参数采用的电极测定方法对环境要求较高,实际环境条件难以控制,仪器的稳定性较差,性能衰减非常严重,且校正电极常常需要2 h以上,数据难以使用。磷酸盐参数当时选择的仪表量程过大,不能准确地反应水体中(PO4)3-含量的变化,同时由于吴淞口位于黄浦江的最下游,是上海市最大的排水口门,有机污染严重,但未考虑测定高锰酸盐指数等有机污染指标。

3)水样预处理简单,管路堵塞严重。

原系统水样预处理简单,由过滤桶和反冲洗系统构成。泥沙粒径较小,极易穿透过滤器,到达管路各个部位,致使管路内迅速沉积泥沙,藻类大量繁殖。过滤系统被泥沙堵塞的情况严重,反冲洗频繁启动,反冲洗时间长,反冲洗期间仪器停止数据采集使系统有效工作时间短,最终导致系统瘫痪。

4)集成管路选配不合理。

水处理单元到检测仪表主要由增压泵、沉沙桶、过滤器、除藻装置、系统反冲洗装置、水压调节装置、进样控制器、旁路装置等通过PVC管简单连接而成,只考虑了局部反冲洗,没有充分考虑利用自来水加热装置和压缩空气来全面清除整个预处理系统中的杂物。

由于上述原因,长期运行使系统过滤器泥沙沉积、藻类繁殖、管路堵塞,导致水质自动监测系统全面停止运行。

2改建的关键技术和设备

为继续发挥该系统对上海市主要河道水质监控的作用,上海市水文总站吸取国内其它自动监测站的先进技术,对其进一步改建,主要结合潮汐河段的水文水质特性,对水样采集与预处理、实时监测数据、数据处理与评价、远程信息传输等各方面建造集成一体的水质在线自动监测系统。

2.1改建的关键技术

2.1.1采样点及采样技术符合规范要求

为了提高水质自动监测系统采样位置的代表性,保证采样设施的安全和维护的方便,改建时尽量满足靠近河道中泓的要求,同时注意不影响航道的正常运行;采样点具有良好的水动力,并设在水面下0.5~1.0 m范围内,采样点与断面的平均水质的误差不大于10%;同时采样点与水体底部保持足够的距离,防止底质淤泥对采样水质的影响[1]。为了确保自动监测系统的监测频率,系统采用双回路采样,一备一用,具备自动诊断泵故障及自动切换泵工作功能。

2.1.2水样预处理采用 2 级沉降技术

经处理后的水样须能保持原水样的性质,符合有关技术规定,与国家标准采集的水样具有良好的可比性,保证监测数据准确可靠。同时能满足系统运行所需水量。经处理后的水样含沙量小于0.2 kg/m3[2];不同含沙量水样的处理时间在30~180 min可调;水样的处理时间满足监测系统的最小间隔要求,并与系统的时间间隔一致;具有故障自动报警与诊断功能;主管路上每台仪器都设有旁路系统,通过手动阀进行调节,方便了系统维护。

2.1.3反冲洗与除藻技术

具有自动除沙、清洗和除藻功能,通过手动和自动控制,清洗除藻功能遍及全部系统管路和相关设备,并能自动控制好反冲洗的水质、水温、水量和水压;配水管路的材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀性,内壁光洁度高,安装方便,使用寿命长;系统采用间隙式运行模式,每次采样监测后立即进行系统清洗,如连续运行,则每隔1~2 h进行5 min左右的清洗。

2.2改建的主要设备

2.2.1采样系统

新的采样点位向河道中泓移动了5 m左右。采样装置采用钢架结构,中间的采样导轨采用DN50钢管,将救生圈式的取样浮筒套在导轨上,能垂直上下浮动,采样口直接安装于采水点位;四周防护栏桩采用槽钢和角钢做连接支撑,周围安装100目不锈钢制成的过滤网,阻止大型漂浮物进入采样位置,采用自吸泵抽水,单管单泵采样。

采样器主要由浮筒、浮筒固定件、自吸泵、采样头、采样管路、反吹管路、隔栅或过滤钢网、压力流量监控设备和调节阀、保温水管及相应的检测、控制、驱动电气电路等单元组成。浮筒采用高强度PP材料,具有质量轻,强度高的特点;采样泵选用德国与韩国合资的WILO品牌PW系列自吸泵,最大流量为3.9 m3/h,吸程为8 m,输出功率为1 500 W,采样装置整体结构简单轻巧,配置合理,易于维护。该套装置下端通过人工打桩方式置于河床,上端采用膨胀螺栓与栈桥底面紧密固定,这样可最大程度保证采样系统的稳固性。整套装置均做涂刷防腐处理。

采样系统通过能根据水位上下浮动的采样头抽取河流水表层以下0.5 m处的原水,原水经采样管路输送至站房内沉砂分离器中,作为分析、测试的水样。为防止水中泥沙和杂质附着在过滤钢网上,接在管路接口的高压空气定时对其内部进行高压反吹,及时清理去除钢网表面的附着物。

原水由自吸泵提升后,分2路:一路进入物理参数测量仪表(水温、溶解氧、p H)进行检测;另一路经预处理后供给水质参数分析仪表,如:高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH4N)和氯离子等仪表进行分析测量。其所有测量值实时传输给监测站电脑存储并向日常管理部门和市水文总站传输。采样系统工作流程图如图1所示。

2.2.2水样预处理设备

由于吴淞口河段悬浮物含量高,颗粒细(粒径0.013~0.028 mm)呈胶体状态,我们在前处理系统采用了多级沉降技术,在保证与实验室水样前处理可比性的前提下,开发了2级沉淀装置,并采用管道自动清洗、压缩空气反吹管路、臭氧去除藻类等微生物的处理方法。

1)沉砂分离

水体中含有大量的泥沙,泥沙进入过滤器,一方面会造成过滤网的堵塞使系统无法运行,另一方面会使过滤网产生磨损进而降低过滤器的使用寿命。由于吴淞口河段泥沙含量大且泥沙颗粒较小,此外黄浦江通航船只多,水样和泥沙中含油量较高,如处理不当极易造成管路系统输水不稳定,严重的还将堵塞管路。针对此种情况,系统提高了沉砂分离器的处理能力,采用2级沉砂分离方案,即在1台沉砂分离器的基础上,增加1台沉砂分离器,以最大程度去除河流泥沙,完成原水过滤的前期预处理。水体由进水口进入沉砂分离器后,流速依次降低,水中的悬浮物,可在重力作用下沉淀去除,当颗粒的沉降速度大于水流向上的速度时,颗粒物就会下沉除去;另一种是较小颗粒在上升的过程中互相碰撞,颗粒变大,沉速随之增大,又被去除。还可以将绝大部分的“油腻”沉淀过滤掉。经过2级过滤后的上清液进一步采用专用过滤器进行蓝藻和泥沙过滤后输出供给仪表进行分析。

根据以往经验和现场实际情况,采用了锥形的沉砂分离器,通过快速流入多级沉淀的办法,这样可以在较短的时间内将泥沙等大颗粒物质沉淀过滤掉,实现快速沉砂的功能,还可以实现人工排沙的功能[3]。

2)过滤

以往水质自动监测系统在运行阶段,仪表有时会突然出现报警,许多情况往往是由于预处理不当或忽视预处理而导致管路出现堵塞,造成水量不足,以至无法满足仪表分析需要而产生的。针对这种情况,专门研发了预处理过滤系统。满足了针对不同水质进行预处理的要求,甚至在水质较差的污水中也能发挥明显的作用。

过滤器主要技术参数为膜面积55 cm2,膜直径φ95 m,工作流速100~200 L/h,进水管径φ1012 mm,出口管径φ6/8 mm,最大工作压力6 Pa。

经过2级过滤后的水样再经过滤器过滤后,水样中的蓝藻与泥沙的颗粒均小于50μm。如果还存在直径较大的固体颗粒,还可以对水体的蓝藻与泥沙进行高速粉碎。水中大的蓝藻及悬浮物质,可在重力作用下沉淀去除,当颗粒的沉降速度大于水流向上的速度时,颗粒物就会下沉自动排去;另一种是较小颗粒及蓝藻在上升的过程被溢流掉,悬浮物水体中的蓝藻及颗粒将用过滤器过滤、粉碎。过滤后的水样直接输出供给氨氮、高锰酸盐指数和氯离子在线仪表进行测定。

过滤器工作原理如图2所示,过滤原水进入过滤器后沿曲形沟槽流动,在水压作用下,渗透过下层的过滤膜,而泥沙颗粒物被挡留在沟槽内,随水流冲出过滤器。过滤器主体的特殊材料不易附着污物,可以使泥沙在反冲洗水流的作用下被轻松冲洗干净。

该过滤系统具有针对性强、保证原水特性、过滤效率高、水量可调及使用寿命长、维护简单等特点。对河流中泥沙较多,且水质随季节、潮汛变化颇大的场合,使用效果非常明显。传统的普通过滤器自清洁能力较差,易产生泥沙淤积的现象,反冲洗效果不明显,需要停机后,人工拆洗,在上海黄浦江、苏州河等恶劣的场合可能无法使用或者维护量极大。黄浦江吴淞口水质自动监测系统通过采用该过滤系统,基本满足水质分析仪所需水样的过滤要求。

3)清洗

由于被测河道水体中存有泥沙及微生物,在温度适宜时,水体中藻类的大量繁殖,不但会改变被采水样的性质,使水样失去代表性,而且会堵塞过滤网或过滤膜,造成系统供水不足进而断水,致使系统无法正常运行。针对上述情况,为把这些影响降到最小,在仪器测定间歇期增加定时自动清洗步骤,对易造成影响的管路、过滤网及膜进行有针对性的清洗。

4)除藻

在原水中通常含有各种水生藻类,极易在沉砂分离器和管路等系统中繁衍滋生,导致供水不足,甚至管路堵塞,大量滋生的水藻也会干扰和影响分析数值的准确性。为防止此类现象的发生,系统中设置了专用于去除水生藻类滋生的臭氧发生器系统,定期对沉砂分离器及管路系统进行臭氧消杀,可有效抑制藻类的滋生[4]。

除藻系统主要由臭氧发生器、射流器、电磁阀及管路组成。其工作原理是由臭氧发生器产生一定浓度的臭氧,通过设置的专用管路,臭氧气水混合流进入沉砂分离器、过滤器及管路中对藻类进行消杀。由于臭氧对5参数电极有所影响,因此在进行臭氧消杀时,应将5参数电极拿出后方可进行。

在清洗沉砂分离器时,如发现原水中有藻类滋生,就进行臭氧消杀。当臭氧发生器开始工作时,控制管路电磁阀开通,气、水通过射流器混合注入沉砂分离器的水中,对水藻进行消杀。当消杀完成,关闭“臭氧发生器”按钮。消杀时间长短根据水藻滋生的程度确定,通常在10~15 min左右。一般来说,臭氧对人体无毒,但高浓度臭氧有很强的气味,因此,在除藻消杀过程中将沉砂分离器盖板盖好,以防止臭氧从水中挥发影响环境。

考虑到抽水泵与1级沉沙池的进水口之间为有压管段,经常拆开容易导致密封困难,加之该段线路较长维护清洗确实不易,所以在该段增加了压缩空气反冲洗部分,运行至今无堵塞的情况发生。从2级沉沙池到各个检测单元的管路均为透明管路,在室内温度和光照条件适宜的情况下藻类容易在管壁生长。利用自来水生产纯水、臭氧发生装置由纯水携带臭氧在管路中流动以防止藻类在管壁上滋生,据有关资料纯水加温效果更好。

2.2.3控制系统的改进

系统采用比较先进的系统控制技术,改进以前电源由各涉电的部件自行管理的模式,以功能区划分为抽水、配水和除藻、检测单元等部分,统一集中到电源控制柜上,通过面板查看各部分运行状况。合理的设定监测频次,将原有连续的运行模式改为自动可调运行方式,不仅减少水电、试剂的用量,还延长仪表和辅助设施的使用寿命。

2.2.4远程信息传输系统

实现了现场控制系统、仪器等自动化信息采集与传输,保证将分析数据采集传输至现场中心站,并通过信息传输技术实现与吴淞控制中心和上海市水文总站监控网络的联网。虽然2个中心的定位不同,但其设备配置没有差别,为此配备了通讯接收设备、接收工作站及相应的软件。

本系统的2个控制中心各设1台工作站实时接收数据,在工作站上安装远程监控软件和数据库软件,所有的数据全部存放在数据库中,为此要求配置的工作站其质量和性能都较好,能满足系统对数据接收处理[5]。

2.2.5增加防震措施

由于监测系统位于车客渡码头一端,恰巧该位置是摆渡船进出靠泊的地方。平均30 min就有1班靠泊,摆渡船靠泊对码头的撞击力量很大,严重时监测系统所在的整个小楼都在摇晃,较容易导致各个连接部分的松动。在运行中曾使控制该系统的工业化控制计算机中主板松动,造成系统无法运行。采取在各个部分加垫防震垫后,震动大为改善,基本避免了上述情况的发生。

3改进效果分析

为进一步验证改进后的样品预处理设施对样品的泥沙去除效果,以及经沉淀、过滤后样品中主要指标的影响情况,对河流原水、经水预处理装置过滤水进行了自动监测系统和实验室同步对比,以判断系统的正常运行和监测数据的准确可靠。

1)样品去沙效果

根据黄浦江为感潮河道的特点,采集3个潮流期低憩、涨急、高憩、落急4个特征时刻的黄浦江原水进水,1级和2级沉沙池溢流水,分别测定其中的含沙量。经测定原水含沙量平均值为0.1 804 kg/m3,经过1级沉沙处理含沙量平均值降低为0.1 356 kg/m3,沉沙率19.54%,2级沉沙处理含沙量平均值降低为0.0 183 kg/m3,沉沙率86.45%。分析结果表明通过2级沉沙泥沙去除效果明显,2级沉沙池溢流处含量均≤0.05 kg/m3。

试验表明如需要更好的泥沙去除效果,还可以通过3级或更多级的沉沙处理降低检测水样的含沙量。但泥沙悬移质对河流的水质影响本身具有2重性,泥沙本身携带大量的污染物,自然状态的泥沙对污染物产生不同程度的吸附作用,实验室监测水样也同时含有不同程度的泥沙悬移质。因此,自动监测系统对水样的前处理,直接影响到自动监测数据的可靠性、可比性,首先要由自动监测系统与实验室监测水样前处理的可比性来保证,尽可能使自动监测水样与实验室水样保持一致。

2)实验室比对结果

常用实验室检测和自动监测项目作同步比对试验[6]。实验室检测样品处理和检测方法均按照国家标准,原水经沉淀30 min后取上清液进行测定。氨氮为《纳氏试剂比色法》(GB7479-87),最低检出限0.05 mg/L;高锰酸盐指数为《酸性(碱性)高锰酸钾法》(GB11892-89),最低检出限0.5 mg/L。

a)氨氮比对试验

氨氮实验室分析采用原水经沉淀30 min后,用纳氏试剂光度法测量水样中氨氮的含量。在线仪器直接用沉淀30 min的相同水样进行测定。

水样中氨氮浓度在1 mg/L左右情况下,进行自动系统与实验室标准方法的比测,以确定在线仪器和实验室标准方法间的相关程度。结果是在线仪器和实验室标准方法具有较高的相关性,相关系数高达0.99,相对误差均在±20%以内,平均相对误差达到6.1%。一般样品比测的相对误差小于±10%,个别氨氮浓度较低样品比测的相对误差较高,相对误差最高达到17%。

b)高锰酸盐指数比对试验

高锰酸盐指数实验室分析方法采用原水经沉淀30 min后,取上清液采用酸性高锰酸钾法的测定。水样中高锰酸盐指数浓度在4~6 mg/L情况下,进行自动监测系统与实验室标准方法的比测。结果是在线仪器和实验室标准方法具有较高的相关性,相关系数达到0.94,相对误差均在±20%以内,平均相对误差达到7.5%。一般样品比测的相对误差小于±10%,个别高锰酸盐指数浓度较低样品比测的相对误差较高,相对误差最高达到17.4%。

4结论和建议

1)吴淞口自动监测系统经过彻底改建,现有的浮筒采样装置简单实用、易于维护;样品预处理技术,保证了自动监测和实验室监测水样预处理的可比性;自动可调的运行模式保证了潮汐性河段涨退潮水质采样的代表性,降低了运行的成本和维护工作量;系统控制单元使用软硬件集成保证了自动监测系统的长期稳定运行,解决了该系统水质自动监测故障率高、有效工作时间短及数据可靠性差的问题。

2)吴淞口自动监测系统改建后基本解决了硬件上的不足,而日常运行的维护和管理是系统能够正常发挥作用的关键。一方面要保证监测系统在良好的环境中运行,温度、湿度及试剂等均要满足设备的要求;另一方面要加强对设备的日常保养和清洗,严格按照操作规程对取样泵、管路、沉沙池、过滤器、管道及在线分析仪定期清洗维护,使各部分处于良好的状态,以保证系统的稳定运行,还能够延长系统的使用寿命,发挥水质在线监测系统应有的作用。

参考文献

[1]黄建,陈志峰,韩梅.苏州西塘河水质自动监测系统的建设与运行[J].水利水文自动化,2007(2):16-19.

[2]王丽伟,黄亮,郭正,等.水质自动监测站技术与应用指南[M].郑州:黄河水利出版社,2008.

[3]刘晓茹,周怀东,李贵宝.水质自动监测系统建设[J].中国水利,2004(9):51-52.

[4]翟崇治.地表水水质自动监测系统概论[M].重庆:西南师范大学出版社,2006.

[5]向运荣,黄辉.地表水水质自动监测系统及其建设中的若干问题[J].中国环境监测,2001(6):5-8.