1、水质自动监测系统介绍 一、水质自动监测系统概述 水质自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、 自动测量技术，自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通 讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。 水质自动监测系统能够自动、连续、及时、准确地监测目标水域的水质及 其变化状况，数据远程自动传输，自动生成报表等。相对于手工常规监测，将 节约大量的人力和物力，还可达到预测预报流域水质污染事故、解决跨行政区 域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况以及排放达标情况等目的。 大力推行水质自动监测是建设先进的环境监测预警系统的必由之路。 目前，全国水利和环保系统已建立
2、数百座水质自动监测站，已经形成了国 家层面的水质自动监测网。环保部已在七大水系上建立了一百多座水质自动站， 已实现 100 座自动站联网监测，发布七大水系水质监测周报。新疆相对落后， 还没有建成 1 座水质自动监测站。 现在，国家将投资在伊犁河、额尔齐斯河上各建设 1 座水质自动监测站， 将填补我区的空白。今后，我区还将在其他一些重要水体上（博斯腾湖、乌拉 泊水库、塔里木河等）陆续建设水质自动站。 二、水质自动监测系统的组成 （一）自动监测系统组成 水质自动监测系统是在一个水系或一个地区设置若干个有连续自动监测仪 器的监测站，由一个中心站控制若干个固定监测子站，随时对区域的水质状况 进行连续自
3、动监测，形成一个连续自动监测系统。 子站内装有传感器，用于测定各种污染物的单项指标、综合指标以及气象 参数的分析仪器，数据采集通信控制器及通信设备。 中心站是各子站的网络指挥中心，又是信息数据中心，它配有功能齐全、 存贮容量大的计算机系统，由通信联络设备及数据显示、分析、传输和接收的 管理软件构成。中心站的主要功能：数据通信、实时数据库、报警、安全管理、 数据打印。 （二）自动监测站组成 自动监测站分为几大部分： （1）采样单元：通过采样泵在水面取样，送入分析系统； （2）预处理单元：把原水经沉砂、过滤、杀菌等处理之后送入分析仪表； （3）分析单元，通过各种分析仪表对水样进行分析的综合单元；
4、（4）控制单元：通过 PLC 控制整个系统的工作流程和各个单元的协调工作； （5）数据采集单元：通过数据采集模块采集分析仪表对水样的分析结果； （6）数据处理单元：把采集到的数据经过 A/D 转换之后发送给控制中心站。 （三）自动站其他设备 1、UPS 和发电机 由于市电经常可能停电，导致系统工作不正常，因此为系统配上 UPS 和发 电机显得尤为重要。 2、采样器 当有参数异常以后，我们希望系统能自动采集异常的样品，拿回去供我们 分析。这就需要用到采样器。 当参数异常时，工控机首先检查到，并把异常告诉给 PLC，PLC 接受到异常 信号，就触发采样器工作，收集异常的样品。 3、空调 由于分析仪
5、表对工作环境要求非常高，温度太高或太低都会影响其正常工 作。因此需要为系统配置一台空调，保证环境温度适合。 4、水深流速计 测量水深和流速的一种仪器。测量出来的数据送入工控机，一起发送给中 心控制站。 5、纯水机 因为很多分析仪表（如：高锰酸盐分析仪等）的工作需要用到纯水，因此 需要为系统配置一台纯水机，当纯水用完以后，PLC 触发其造纯水，当造满一 杯后 PLC 让其停止工作。 6、空压机 由于系统的管路上需要用到很多的气动阀，给系统清洗时也要用到高压空 气，这就需要为系统配置一台空压机。 （四）清洗系统 为了保证系统能长时间正常工作，就必须每隔一段时间自动为系统清洗一 次，清洗应全面的有效
6、的进行。清洗的内容包括：浮筒反冲、管路清洗、沉沙 池的清洗、样水杯的清洗、仪表内部清洗等。 三、监测指标 水质自动监测站建设的目的是自动监测河流湖泊等的水质。 目前，比较成熟的自动监测项目有：水温、pH、溶解氧（DO） 、电导率、浊 度、氧化还原电位（ORP） 、流速和水位等。 常用的监测项目有：COD、高锰酸盐指数、TOC、氨氮、总氮、总磷。 其他还有：氟化物、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氰化物、硫酸盐、磷酸 盐、活性氯、TOD、BOD、油类、酚、叶绿素 a、金属离子（如六价铬）等。 四、站点的选择 水质自动监测站站点的选择一般需要考虑以下几个方面的因素： （1）地理位置 要考虑到国界、省界或
7、区域交界处，反映上游进入下游区域的水质状况。 （2）水流状况 要考虑到水深和流速，是否经常断流，以便于在设计监测站时做出相应的 处理。 （3）航运情况 考虑过往的船只是否会对监测站有影响，采水系统的设计应当尽量避免船 只对其的影响，如撞坏撞沉等。 （4）交通情况 由于监测站的仪器仪表的运入、站点的维护、试剂的更换、领导的考察等 都需要车辆进入，因此，一个相对较好的交通是必须满足的。 （5）通信情况 只有在比较好的通信条件下，自动监测站数据才能成功发送，因此通信条 件的好坏，将直接影响到监测站与上位机的联系。 （6）电力和自来水的供应情况。 由于自动监测站一般都位于比较偏僻的区域交界处，电力和自
8、来水的供应 都经常会短缺，因此建站时务必要考虑到这方面的问题，以保证监测站的正常 运行。 新疆水质自动监测站建设指导方案 一、建设目标 为了及时掌握新疆两大国际河流水质状况，加强出境水质监控力度，并配 合新疆“十一五”水污染物总量削减目标考核工作，依据“十一五全国环境监 测能力建设规划” ，由 2008 年中央财政主要污染物减排专项资金投资，在伊犁 河、额尔齐斯河上各建设 1 座水质自动监测站，纳入国家地表水自动监测网。 二、建设地点 两座水质自动监测站分别建在伊犁河干流英牙尔乡断面、额尔齐斯河布尔 津大桥断面，建设地点与原有手工监测断面一致。 三、建设内容 1、技术路线 国家地表水自动监测站
9、一般由采水系统、配水系统、分析测试系统、数据 采集与传输系统、系统控制系统、子站房等部分构成，见图 1。 图 子站部分 采水单元 配水单元 分析单元 现场控制和数据传输单元 中国环境监测总站 托管站 数据采集和控 制单元 图 1 国家水质自动监测系统组成示意图 各水质自动监测站与托管站（地州市环境监测站）和中国环境监测总站联 网，实时传输监测数据，同时，还应向自治区总站联网和传输数据。 2、建设技术要求 （1）监测技术规范 国际河流水质自动监测站的常规监测指标包括五参数（水温、pH 、溶解氧、 电导率、浊度） 、高健酸盐指数 CODMn 和氨氮（NH 3N ） 。 为保证水质自动监测数据的质量
10、，做好日常数据的比对工作，设置质量控 制监测仪器，便携式 pH、溶解氧、COD 和电导率测定仪。 主要项目在线监测频次可以自由设定，最大监测频次应满足每小时 1 次。 （2）仪器设备配置标准 国家河流水质自动站仪器设备配置基本要求见表 1。 表 1 河流水质自动站仪器设备配置及价格 序号 仪器设备名称 数量 单价（万元/台套） 1 采水系统 1 15 2 配水系统及辅助设备 1 10 3 水质自动采样器 1 7 4 五参数在线监测仪 1 15 5 高健酸盐指数在线监测仪 1 25 6 氨氮在线监测仪 1 16 7 仪器控制系统 1 20 8 通讯系统 1 5 9 站房及配套设施 1 25 10
11、 便携式pH计 1 1.5 11 便携式溶解氧测定仪 1 1.5 12 便携式COD测定仪 1 4.5 13 质量控制仪 器 便携式电导率测定仪 1 1.5 14 中心计算机、传真机、打印机 1 2.0 15 合计 149 （3）土建建设标准 土建建设应包括站房及附属设置的建设，承载着系统仪器、设备的主体建 筑物和周围所辖范围以及外部保障条件。 站房包括仪器问、质控间和生活间。仪器问用于安装采配水系统和在线分 析仪器。质控间用于放置质控监测仪器，进行在线仪器校准和水质对比实验等。 生活间供日常值班人员使用。 外部保障条件即“三通一平” ，通水、通电、通讯， “一平”为站房主体建 筑物以及站房所
12、辖范围的地基平整（包括绿化） 。可根据现场条件建设或者利用 现有道路平整出一条从站房门口到干线公路的道路。 站房配套设施还包括站房、电源、通讯,仪器接地地线、站房保温、防火、 防盗、防雷等。 国家河流水质自动站站房及配套设施配置基本要求见表 2。 表 2 河流水质自动站站房及配套设施配置基本要求 序号 项目名称 面积（ m2） 备注 1 征地 至少250 站房 100m2，院子150m 2 2 仪器间 40 3 质控间 20 4 站房 生活间（门厅、卧室、 厨房、卫生间） 40 5 三通一平，避雷，仪 器接地 6 配套设施 空调、取暖 （4）数据传输协议 在子站与中心站之间建立 VPN 网络连
13、接的基础上，数据传输协议采用基 于 XML 的数据交换方式（XML 即可扩展标记语言，为 Extensible Markup Language 的简写） 。前端监测子站在开通 FTP 服务的基础上建立共享目录，其 中一级目录为 RECEIVE，该目录用于接受数据中心发送来的命令 XML 文件。 子站与中心站之间的信息交互均通过 XML 的传输完成。 历史数据的传输采用子站主动上传和中心调取两种方式同时进行。子站在 每次分析结束后主动向中心站发送相应的 XML 测量结果数据文件，中心站则 在接收到文件后解析入库，从而实现历史数据的主动上传。 控制指令和子站运行状态也通过 XML 文件的交互来实现
14、。 （5）仪器设备选型 表 3 河流水质自动在线监测项目及仪器原理 项目 方法 温度 温度传感器法 pH 玻璃电极法 溶解氧 膜电极法 电导率 电导池法 浊度 光散射法 高锰酸盐指数 酸性高锰酸盐氧化库仑滴定法 氨氮 膜气敏电极法 （6）土建工程设计 站房土建工程设计见图 2、图 3。 图 2 站房平面示意图（一） 图 2 站房平面示意图（二） 四、经费预算及采购方案 1、经费预算 河流水质自动监测站设置采样器、五参数、高健酸盐指数、氨氮和质量控 制等仪器设备，每个站预算费用 149 万元，各组成仪器设备单价见表 1。新疆 2 座水质自动监测站预算费用合计为 298 万元。 2、采购方案 本项
15、目共建设 2 套地表水自动监测系统，由于其建设工程专业性、技术性 强，因此采用成套集成方式，统一由中国环境监测总站进行实施。 五、效益分析 该项目实施后，2 个水站每年可以及时获得主要监测项目数据量达 3.1 万个 (按每天监测 6 次计算) 。如果按每小时监测 1 次，监测数据量可达到 12.4 万个。 水温、pH、溶解氧、浊度、电导率等五参数可以实时提供数据，可以实现实时 监控地表水水质，产生巨大的数据量。 该项目的实施，可以进一步加强我区地表水环境监测能力，提高水环境监 测水平和水污染事故的预警能力，做到及时、准确地反映国际河流水环境质量 状况，避免国际水污染纠纷，促进水环境质量改善和污染防治目标责任制落实， 具有很大的社会效益和环境效益。 六、项目实施进度 （1）2008 年 12 月 30 日前，完成水质自动站站点选择踏勘工作； （2）2009 年 1 月 30 日前，由中国环境监测总站完成仪器设备招标工作； （3）2009 年 3 月 30 日前，完成水质自动站建设征地及站房工程设计； （4）2009 年 5 月 30 日前，完成水质自动站土建工程； （5）2009 年 6 月 30 日前，完成水质自动站相关仪器设备安装调试工作； （6）2009 年 7 月 30 日前，完成水质自动站项目验收工作。
